当今的许多电子设备都依赖于硬接线开关的半导体逻辑电路，从而执行预定义的逻辑功能。而如今，新加坡国立大学物理学家与一国际研究团队开发的新型分子忆阻器或电子存储设备，可以使得设备具有出色的记忆可重构性。
可重构性设备可加强半导体电路计算能力与速度
与硬连线标准电路不同，分子装置可以使用电压重新配置以嵌入不同的计算任务。这种能够增强计算能力和速度的节能新技术有可能用于边缘计算以及电力资源有限的手持设备和应用程序。
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领导这项研究的新加坡国立大学物理系副教授阿里安多接受采访时表示“这项工作是我们寻求设计低能耗计算的重大突破。这项设计在单个元素中使用多个开关的想法从大脑的工作方式中汲取灵感，并从根本上重新构想了逻辑电路的设计策略。”
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脑启发技术
“这一新发现有助于边缘计算的发展，作为一种复杂的内存计算方法来克服冯诺依曼瓶颈。同时，由于内存存储与设备处理器的物理分离，在许多数字技术中会出现计算处理延迟，”阿里安多副教授说。
新的分子装置还有可能有助于设计具有增强计算能力和速度的下一代处理芯片。
该项目的首席研究员、新加坡国立大学物理系博士 Sreetosh Goswami 说 “该芯片可以适应类似于人脑连接水平的灵活性和适应性，从而使我们的存储设备可以通过简单地改变施加的电压，来针对不同的计算任务即时重新配置。此外，就像神经细胞如何存储记忆一样，同一设备还可以保留信息以备将来检索和处理。”
Dr. Goswami 图源：NUS Web
研究团队成员 Sreebrata Goswami 博士是新加坡国立大学的高级研究科学家，曾任印度科学培育协会的教授。他概念化并设计了一个属于苯基偶氮吡啶化学家族的分子系统，而该系统中，具有一个中心金属的原子被他称为配体有机分子。
Sreebrata Goswami 博士解释说 “这些分子就像电子海绵，可以提供多达六种电子转移，从而产生五种不同的分子状态。这些状态之间的互连性是设备可重构性背后的关键。”
Sreetosh Goswami 博士创建了一个微型电路，该电路由夹在顶层金和底层金作为基础，注入了纳米圆盘和氧化铟锡之间的 40 纳米分子膜层。在向设备施加负电压时，他观察到了前所未有的电流-电压曲线。与仅在一个固定电压下开启和关闭的传统金属氧化物忆阻器不同，这些有机分子器件可以在几个离散的连续电压下在开关状态之间切换。
分子级下的设备结构 图源：Sreetosh Goswami Web
该研究使用被称为拉曼光谱的成像技术，从而观察到有机分子振动运动中的光谱特征，来解释多重跃迁。Sreebrata Goswami 博士解释说：“扫描负电压会触发分子上的配体进行一系列还原或电子获取，从而导致分子在关闭和开启状态之间转换。” 与使用基于物理学的基本方法的传统方法相比，研究人员使用带有“if-then-else”语句的决策树算法来描述分子的行为，该算法用于多种计算机程序的编码，尤其是数字游戏、方程等等。
节能设备的新可能性
在他们的研究的基础上，该团队使用分子存储设备为不同的运作模式计算任务运行程序。而该分子储存设备作为概念证明，使得团队证明他们的技术可以在一个步骤中执行复杂的计算，并且可以重新编程，以在下一瞬间执行另一项任务。
Dr Ariando 图源：NUS Web
同时，Ariando副教授也表示 “单个分子存储设备可以执行与数千个晶体管相同的计算功能，使该技术成为更强大、更节能的存储选择。” 而该技术可能首先用于手持设备，如手机和传感器，以及其他功率有限的应用，从而再进行下一步的推广。
原子级材料 图源：NUS Web
与此同时，该团队正在构建结合其创新的新电子设备，并与合作者进行与现有技术相关的模拟和基准测试。
