Команда исследователей из Пенсильванского университета разработала новый тип устройства памяти — мемристор, — сочетающий синтетическую ДНК и кристаллический перовскит. Разработка, опубликованная в журнале Advanced Functional Materials, обещает создать основу для энергоэффективной электроники будущего, способной работать по принципу, схожему с нейронами мозга.
Как ДНК научили проводить электричество
В отличие от природной ДНК, представляющей собой длинные запутанные нити, исследователи использовали короткие и жесткие синтетические последовательности, которые можно с высокой точностью размещать на очень малых масштабах.
Чтобы ДНК могла проводить электрический ток, ученые добавили в нее наночастицы серебра — метод, известный как «допирование». Это не только придало ДНК проводящие свойства, но и помогло молекулам выстроиться в более упорядоченную структуру, которую затем интегрировали с тонкими пленками перовскита.
Память, которая экономит энергию
Полученный мемристор способен сохранять информацию о направлении прошедшего через него тока даже после отключения питания — подобно тому, как работают нейроны в мозге, объединяя хранение и обработку данных в одном месте.
Электроны в устройстве стабильно двигались при напряжении менее 0,1 вольта — для сравнения, в стандартной розетке в США подается 120 вольт. По словам исследователей, устройство потребляет в 100 раз меньше энергии, чем традиционные накопители, например флеш-накопители, при этом обладая более высокой емкостью хранения.
«Обычно для хранения большего объема информации требуется больше энергии. Однако наше устройство потребляет в 100 раз меньше энергии, а его емкость хранения выше, чем у традиционных устройств, таких как флеш-накопители», — отметил Бед Поудел, один из соавторов исследования.
Перспективы для ИИ и биоэлектроники
Комбинация ДНК и перовскита оказалась значительно эффективнее, чем использование каждого материала по отдельности. Устройство сохраняло стабильность при температуре около 120°C и продолжало работать более шести недель при комнатной температуре, превзойдя показатели существующих перовскитовых накопителей памяти.
Исследователи считают, что подобные биогибридные системы могут стать основой для будущих энергоэффективных электронных устройств, способных обрабатывать большие объемы данных — что особенно актуально на фоне растущего спроса на нейроморфные вычисления и системы искусственного интеллекта.
Ученые Penn State создали биогибридный мемристор из синтетической ДНК, легированной серебряными наночастицами, и перовскитового полупроводника. Устройство хранит данные даже после отключения питания, работает при напряжении менее 0,1 вольта, сохраняет стабильность при температуре около 120°C и функционирует более шести недель при комнатной температуре. По данным авторов, оно потребляет в 100 раз меньше энергии, чем аналогичные технологии, при более высокой емкости хранения — что особенно важно для развития нейроморфных вычислений и ИИ-систем.
