20納秒電脈沖前后捕獲的新顯衍射圖案。左側的微鏡星形小白點圖案對應于初始電荷密度波圖案，該圖案被右側電脈沖產生的可觀熱量暫時熔化。圖片來源：美國阿貢國家實驗室
科技日報記者?張夢然
美國能源部阿貢國家實驗室團隊開發(fā)了一種新的察微顯微鏡技術，利用電脈沖可觀察室溫下形成電荷密度波的電材材料中的納秒動態(tài)。發(fā)表在最新一期《物理評論快報》上的料納這項成果，可廣泛應用于節(jié)能微電子領域。秒動
為應對超級計算機的態(tài)展能耗問題，科學家正在利用人工神經網絡開發(fā)更節(jié)能的示類算中下一代計算機。其要點是腦計模擬人類大腦基本單位神經元的過程，這種模擬可通過材料中出現的關鍵電荷密度波來實現。
電荷密度波增加了材料中電子運動的開關過程阻力，控制波的新顯能力可快速打開和關閉電阻，然后可利用此特性實現節(jié)能計算以及超精確傳感。微鏡然而，人們尚不清楚該切換過程是如何發(fā)生的，特別是考慮到波在200億分之一秒內就能從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)。
為此，團隊測試了硫化鉭薄片，并用兩個電極連接以產生電脈沖。一般認為，在短脈沖期間，產生的高電場或電流可能會驅動電阻切換。但利用超快電子顯微鏡的兩次觀察，改變了這種認識。
首先，電荷密度波的熔化是受到注入電流產生的熱量而不是電荷電流本身的影響，即使在納秒脈沖期間也是如此。其次，電脈沖在材料中引起鼓狀振動，從而使波的排列發(fā)生擺動。
團隊確定了這兩種以前從未觀察到的電能操縱電荷密度波狀態(tài)的方式。熔化反應模擬了大腦中神經元的激活方式，而振動反應可在神經網絡中產生類似神經元的放電信號。
這項成果不僅展示了類腦計算中重要的“開關過程”，還意味著人們首次能夠利用超快電子顯微鏡，觀察微電子材料在納米級長度和納秒速度下如何運作。
