美國研究人員最近在鐵電材料(ferroelectric material)中發現混沌行為(chaotic behavior)。該研究團隊表示，此一預料之外的發現可望有助於開發運作方式類似人腦的電腦。 鐵電材料具有自發性電極化(electric polarization)，其方向可藉由外加電場扭轉。由Anton Ievlev領導的橡樹嶺國家實驗室(ORNL)及南卡羅來納大學(University of South Carolina)研究團隊使用掃描探針顯微鏡(scanning probe microscope, SPM)，在鐵電材料鈮酸鋰(lithium niobate)表面施加一電壓，利用電場在表面上畫出極化反轉的點狀區域。在力顯微模式(force-microscopy mode)下讓探針掃過表面，即可讀取這些點狀區域的存在。 研究人員可以利用此現象在鐵電材料表面上儲存二位元資訊，譬如以小點代表0，而大點代表1。此作法在點距為500 nm時運作良好，但把點距縮小時出現了預期之外的結果。Ievlev解釋，當他們試圖製造更小的鐵電疇(ferroelectric domain)時，他們發現無法形成預期的新鐵電疇，而是形成極化方向交替出現的棋盤狀圖案。該團隊起初無法理解此現象，因為他們認為新鐵電疇的形成應與週遭無關。他們同時發現，用來寫入鐵電疇的電壓與局部濕度皆會影響圖案的形成。 在此實驗中，前兩排的小點與大點如預期般形成，中間排則出現大小點交錯圖案，最末兩排則呈現非週期性排列。經過分析後，該團隊發現他們觀察到的圖案為混沌行為。團隊成員Sergei Kalinin指出，鐵電疇會抑制鄰近鐵電疇的形成，但卻會促進較遠疇區的形成，而此即為混沌行為的先決條件。 團隊成員Yuriy Pershin進一步說明，這種行為可望用來執行「記憶運算」(memcomputing)。這是一種新的計算模式，使用同一位置的元素同時處理和儲存資訊，本質上類似人腦的運作模式，在人腦中，同一位置的神經元與突觸能儲存與處理資訊。由於資訊利用點的尺寸大小儲存，邏輯運作的執行會遵循上述各點之間的關係。詳見Nature Physics | doi:10.1038/nphys2796。 |