Arjen Dijkgraaf
- Robuuste schakelaars
- Neuraal netwerk
Van klontjes nanogoud kun je elke logische schakeling maken die je hebben wilt. Uiteindelijk moet je zo iets kunnen kweken dat op hersenen begint te lijken, suggereert een Twentse publicatie in Nature Nanotechnology.
Zo’n klontje bestaat uit enkele tientallen gouddeeltjes met een diameter van 20 nm, bij elkaar gehouden door een isolerend laagje 1-octaanthiol. Die deeltjes gedragen zich als single electron transistor (SET), legt verantwoordelijk onderzoeker Wilfred van der Wiel uit. ‘Wil je extra elektronen toevoegen, dan werken de Coulombkrachten van de elektronen die er al zitten dat tegen. Bij zulke kleine bolletjes zie je daardoor sterk niet-lineair gedrag: bij oplopend potentiaalverschil wordt telkens één extra elektron toegelaten.’
Via ‘tunneling’ door het octaanthiol kunnen de deeltjes elektronen aan elkaar doorgeven. Dat proces wordt gedreven door onderlinge potentiaalverschillen, die je creëert door het klontje op acht elektrodes in stervorm te leggen. Twee dienen als ingang, één is de uitgang en op de overige vijf staat een instelbare spanning, net als op de silicium ondergrond van het geheel. Van der Wiel omschrijft die zes spanningen als ‘genen’ die samen een ‘genoom’ vormen.
Het idee is vervolgens dat je spanningspulsen op de inputelektrodes zet en de genen zo instelt dat je de gewenste logische ‘gate’ krijgt. Bijvoorbeeld een XNOR die alleen output geeft als beide inputsignalen tegelijk aan óf uit staan. Een ‘evolutionair’ algoritme werkt er iteratief naar toe; het lukt vrijwel altijd en levert verrassend robuuste schakelaartjes op.
Elk nieuw goudklontje moet het evolutieproces opnieuw doorlopen, maar Van der Wiel noemt dat juist een voordeel. Hij denkt aan standaardchips vol klontjes, waarop je neurale netwerken kweekt die aan elke component zelf een functionaliteit toekennen en soepeltjes om defecten heen werken.
In de huidige vorm werkt het alleen bij 0,3 K. Maar bepaalde schakelingen zijn ook al gelukt bij 77 K (dus in vloeibare stikstof) en theoretisch moet het volgens Van der Wiel bij kamertemperatuur kunnen mits je de nanodeeltjes nog veel kleiner maakt: ‘Denk aan moleculaire schaal, iets van 1 tot 1,5 nm.’ Het verkleinen van de elektrodes wordt volgens hem dan wel een uitdaging.
