Le cerveau humain détient le secret de nos personnalités uniques. Mais saviez-vous qu'il peut également constituer la base d'appareils informatiques très efficaces ? Des chercheurs de l'Université de Nagoya, Japon, a récemment montré comment faire cela, à travers des jonctions graphène-diamant qui imitent certaines des fonctions du cerveau humain.

Mais, pourquoi les scientifiques essaieraient-ils d'imiter le cerveau humain ? Aujourd'hui, les architectures informatiques existantes sont soumises à des données complexes, limitant leur vitesse de traitement. Le cerveau humain, d'autre part, peut traiter des données très complexes, comme des images, avec une grande efficacité. Les scientifiques ont, donc, ont essayé de construire des architectures « neuromorphes » qui imitent le réseau neuronal du cerveau.

Un phénomène essentiel pour la mémoire et l'apprentissage est "la plasticité synaptique, " la capacité des synapses (liens neuronaux) à s'adapter en réponse à une activité accrue ou diminuée. Les scientifiques ont tenté de recréer un effet similaire en utilisant des transistors et des " memristors " (dispositifs de mémoire électronique dont la résistance peut être stockée). memristors, ou "photoméristors, " peut à la fois détecter la lumière et fournir une mémoire non volatile, semblable à la perception visuelle et à la mémoire humaines. Ces excellentes propriétés ont ouvert la porte à un tout nouveau monde de matériaux qui peuvent agir comme des synapses optoélectroniques artificielles !

Cela a motivé l'équipe de recherche de l'Université de Nagoya à concevoir des jonctions graphène-diamant qui peuvent imiter les caractéristiques des synapses biologiques et des fonctions de mémoire clés, ouvrant des portes pour les dispositifs de mémoire de détection d'images de nouvelle génération. Dans leur récente étude publiée dans Carbone , les chercheurs, dirigé par le Dr Kenji Ueda, ont démontré des fonctions synaptiques contrôlées de manière optoélectronique en utilisant des jonctions entre le graphène aligné verticalement (VG) et le diamant. Les jonctions fabriquées imitent les fonctions synaptiques biologiques, telles que la production de "courant postsynaptique excitateur" (EPSC) - la charge induite par les neurotransmetteurs au niveau de la membrane synaptique - lorsqu'elle est stimulée par des impulsions optiques et présente d'autres fonctions cérébrales de base telles que la transition de la mémoire à court terme (STM) à la mémoire à long terme. mémoire à terme (LTM).

Le Dr Ueda explique, "Nos cerveaux sont bien équipés pour passer au crible les informations disponibles et stocker ce qui est important. Nous avons essayé quelque chose de similaire avec nos matrices VG-diamant, qui émulent le cerveau humain lorsqu'il est exposé à des stimuli optiques. "Cette étude a été déclenchée suite à une découverte en 2016, lorsque nous avons trouvé un grand changement de conductivité induit optiquement dans les jonctions graphène-diamant." En dehors de l'EPSC, STM, et LTM, les jonctions montrent également une facilitation d'impulsions appariées de 300 %, une augmentation du courant postsynaptique lorsqu'elle est précédée de près par une synapse antérieure.

Les matrices VG-diamant ont subi des réactions redox induites par la lumière fluorescente et les LED bleues sous une tension de polarisation. Les chercheurs ont attribué cela à la présence de carbones hybrides différemment de graphène et de diamant à l'interface de jonction, ce qui a conduit à la migration des ions en réponse à la lumière et à son tour a permis aux jonctions d'effectuer des fonctions de photodétection et photo-contrôlables similaires à celles exécutées par le cerveau et la rétine. En outre, les matrices VG-diamant ont dépassé les performances des matériaux photosensibles conventionnels à base de métaux rares en termes de photosensibilité et de simplicité structurelle.

Le Dr Ueda dit, "Notre étude permet de mieux comprendre le mécanisme de fonctionnement derrière les comportements synaptiques optoélectroniques artificiels, ouvrant la voie à des ordinateurs imitant le cerveau à commande optique, de meilleures capacités de traitement de l'information que les ordinateurs existants."

L'avenir de l'informatique de nouvelle génération n'est peut-être pas si loin.