УСТРОЙСТВА АВТОВОЛНОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

 

Особое место в молекулярной электронике занимают перспективные идеи автоволновой электроники.

В качестве континуальных сред в устройствах автоволновой электроники используются активные распределенные среды, в которых возможна реализация большого числа самозадерживающихся нелинейных пространственно-временных возбуждений.

К активным распределенным средам можно отнести

- биологические активные мембраны,

- мышечные волокна,

- нейронные сети,

- распределенные биохимические среды,

- некоторые сообщества живых организмов.

Динамическими неоднородностями в таких средах служат

автоволны,

периодические структурные преобразования,

страты, домены и т. п.

Рассмотрим автоволны – класс нелинейных волн, распространяющихся в активных континуальных средах за счет запасенной энергии. Автоволны распространяются в средах, в каждом локальном объеме которых осуществляется независимая накачка энергии (равно как и вещества) и имеется диссипативный сток для отработанных "продуктов" накачки.

Генератором динамических неоднородностей автоволновой природы являются: импульсы внешней накачки, различные флуктуации.

Автоволны способны аннигилировать при столкновении двух встречных волновых фронтов, не отражаются от препятствий и границ среды, однако, дифрагируют на препятствиях в соответствии с принципом Гюйгенса. Различают плоские и спиральные волны (рис. 15).

 

Рис. 15 – Типы динамических неоднородностей автоволновых процессов: 1 - плоский волновой фронт огибает препятствие; 2 - спиральные волны; а - в двумерной среде, б - вращающийся свиток, в - вихревое облако

 

Управление автоволновыми процессами может осуществляться с помощью

- тепловых полей,

- локальным энергетическим воздействием,

- введением дополнительной массы вещества.

Автоволновые среды обладают свойством ассоциативной памяти. Это обусловлено рядом причин, среди которых важной является отсутствие локальной пространственной адресации записываемой информации. Адресация и считывание возможны только по содержанию информации, по характерным признакам.

Автоволновые среды способны регистрировать предысторию своего функционирования путем накопления определенных качеств или свойств в материале. Такие среды обладают распределенной памятью и способны к обучению под воздействием внешних условий.

Рассмотрим принцип реализации памяти с использованием автоволновых процессов.

В сосуде (1) находится вещество (2) и его расплав (3) (рис. 16). В режиме записи (рис. 16.а) опорный источник создает однородный поток тепла. Возникший градиент температуры возбуждает в диссипативной автоволновой среде конвективные ячейки. Если на опорную матрицу воздействовать тепловым сигналом от источника В, то произойдет перестройка потоков, адекватная информационному воздействию потока В. Возникнет структура, описывающая поверхность изотермы плавления . Эта структура характеризует структуру конвективных потоков, интенсивности тепловых выбросов и т.д. Можно изготовить копии рельефа в виде ab, другими словами. Так реализуется память.

 

Рис. 16 – Схема ассоциативной памяти: а - запись; б - воспроизведение структуры

 

Ассоциативное восстановление можно провести по схеме(рис. 16.6). Условия неравновесности создаются источником А, а дополнительным организующим фактором является структура рельефа . Достижение комплементарного соответствия вложений и является актом распознавания образа. Этот метод имеет некоторое сходство с волновой голографией, а именно - реализуется в опорную упорядоченность в условиях самоорганизации.

Можно ожидать, что в дальнейшем исследования будут развиваться с использованием синергетического подхода к поведению автоволновых сред. Под синергетикой будем понимать процессы, происходящие в системах, состоящих из многих подсистем самой различной природы, например, электроны, атомы, молекулы, клетки, нейроны, фотоны, животные организмы... Такие структуры возникают в процессах самоорганизации, переходов типов беспорядок-порядок, порядок-порядок и т. п.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Какие континуальные среды молекулярной электроники вы знаете?

2 Какие динамические неоднородности используются в молекулярной электронике?

3 Что такое тонкопленочные системы Лэнгмюра-Блоджетт?

4 Что такое солитон, и какими свойствами он обладает?

5 Что такое автоволны?

6 Какие особенности имеют молекулярные системы, предназначенные для обработки информации?

7 Как можно управлять движением солитона?

8 Как можно реализовать в молекулярной электронике устройство памяти?

9 Из каких компонентов состоит молекулярная ЭВМ?