Araştırmacılar ilk kez elektrik alanları ve ultraviyole ışığı kullanan; kimyasal bir cihazla mantıksal işlemler gerçekleştirdiler. Cihaz ve öncü yöntemler; düşük güçlü, yüksek performanslı bilgisayar çipleri de dahil olmak üzere araştırma olanakları açar.
Yarı iletken çipler; silikon yataklarında küçük elektronik transistörler içerir. Bu tür cihazlar çok daha küçük hale getirilemez. Çünkü kuantum etkileri baskındır. Bu yüzden, mühendisler mantık ve hafıza fonksiyonlarını yerine getirmek için yeni teknikler ve materyaller aramaktadırlar.
Doktora Öğrencisi Keiichi Yano, Öğretim Görevlisi Yoshimitsu Itoh ve Tokyo Üniversitesi Kimya ve Biyoteknoloji Bölümünden Profesör Takuzo Aida; hesaplama için kullanışlı fonksiyonlara sahip bir cihaz geliştirdiler. Geleneksel bilgisayarlar; ikili sayıları (birler ve sıfırlar) göstermek için elektrik yükünü kullanır. Ancak yeni aygıt elektrik alanları ve UV ışığı kullanır. Bunlar daha düşük güç kullanımı sağlar ve geleneksel çiplerden daha az ısı oluşturur.
Cihaz; aynı zamanda mevcut yarı iletken çiplerden de oldukça farklıdır. Çünkü bunlar; doğada kimyasaldır. Bu özellik; hesaplamanın gelecekteki potansiyelini artırmaktadır. Cihaz sadece güç ve ısı avantajı değil; aynı zamanda ucuz ve kolay bir şekilde imal edilebilir. Cihaz, doğru koşullarda; Sütunlu Sıvı Kristaller (CLC) adı verilen spiral merdiven benzeri şekillerde kendiliğinden birleşen, disk ve çubuk şeklindeki moleküllere sahiptir.
Mantıksal bir işlem başlamadan önce; araştırmacılar elektrotlarla kaplı iki cam plaka arasına bir CLC benzeri sıkıştırır. Polarize olan, tek bir düzlemde titreşen ışık; numuneden diğer taraftaki bir dedektöre geçer.
Numunenin varsayılan durumunda; CLC’ler ışığın dedektöre ulaşmasını sağlayan, rastgele yönlendirilmiş bir durumda bulunur. Elektrik alanı veya UV ışığı ayrı ayrı açılıp kapandığında, algılanan çıkış aynı kalır. Ancak elektrik alanı ve UV ışığı birlikte açılıp, yaklaşık bir saniye sonra tekrar kapandığında; CLC’ler dedektörü ışıktan koruyacak şekilde sıralanır.
Açık ve koyu çıktı durumları ve elektrik alanın ve UV ışığın girdi durumlarının tanımlanması için, tüm ikili sayılar atanırsa; işlem, mantıklı bir AND işlevi olarak adlandırılan işlemi etkin bir şekilde gerçekleştirilmiş olur.
Arştırmacı Yano: “AND işlevi birçok temel mantık işlevinden biridir. Ancak hesaplama için en önemli olan NOT-VE veya NAND* işlevidir. Bu, daha fazla araştırma için birkaç alandan sadece biridir. Ayrıca kullanımda pratik hale getirmek için CLC’lerin hızını ve yoğunluğunu artırmak istiyoruz.”
*Elektronikte mantık (lojik) kapıları: AND (VE), NOT-AND/NAND (VE DEĞİL)
