铁电中的混沌物理意味着类似于大脑的计算

橡树岭国家实验室的研究人员探索了铁电材料的异常行为，这为信息存储和处理提供了一种新的方法，称为记忆计算。橡树岭国家实验室的研究人员探索了铁电材料的异常行为，这为信息存储和处理提供了一种新的方法，称为记忆计算。(高分辨率图像)

铁电材料以其在施加电场时自发转换极化的能力而闻名。利用扫描探针显微镜，由ORNL领导的团队利用这一特性在铁电材料表面画出了一个被称为极化的转换极化区域。令研究人员惊讶的是，当以密集阵列的形式书写时，这些域开始在材料表面形成复杂且不可预测的图案。

“当我们缩小领域之间的距离时，我们开始发现一些完全不可能的事情，”ORNL的安东伊夫列夫说，他是《自然物理学》年发表的一篇论文的第一作者。“突然之间，当我们试图画一个场时，它就不会形成，或者说它会以棋盘等交替形式形成。乍一看，没有任何意义。我们相信，当一个领域形成时，它就形成了。应该不取决于周边地区。”

通过研究不同条件下的域形成模式，研究人员认识到复杂行为可以用混沌理论来解释。ORNL研究的负责人谢尔盖加里宁说，一个领域会抑制附近第二个领域的产生，但会促进另一个领域的形成——这是混沌行为的前提。

他说：“混沌行为通常是在时间上实现的，而不是在空间上。”“滴水的水龙头就是一个例子：有时候水滴有规律的落下，有时候没有规律的落下，但这是一个和时间有关的过程。就像我们的实验，看到空间实现的混沌行为是非常不寻常的。”

南卡罗来纳大学的合作者塞维多夫珀欣解释说，该团队的系统具有记忆计算所需的关键特征，记忆计算是一种新的计算范式，其中信息存储和处理在同一物理平台上进行。

“记忆计算基本上是人脑的工作方式：神经元及其连接(突触)可以在同一个地方存储和处理信息，”珀欣说。"这个铁电畴实验证明了记忆计算的可能性."

在域半径内编码信息使研究人员能够在铁电材料表面创建逻辑运算，从而结合信息存储和处理的位置。

研究人员指出，虽然该系统原则上具有一般的计算能力，但基于域交互效应设计具有商业吸引力的全电子计算设备仍需做大量工作。

“这些研究也让我们重新考虑了表面和电化学现象在铁电材料中的作用，因为畴相互作用可以直接追溯到与开关过程耦合的电化学反应期间释放的表面屏蔽电荷的行为，”卡林说。