Учёные создали энергоэффективную память на основе ДНК

ДНК известна прежде всего как носитель генетической информации, однако она также обладает впечатляющей плотностью хранения данных. Теоретически один грамм ДНК способен вместить около 215 миллионов гигабайт информации. Учёные рассматривают это свойство как основу для новых технологий хранения и обработки данных, особенно в условиях постоянно растущих объёмов информации.

Главная проблема заключается в том, что биологические молекулы сложно напрямую интегрировать с электронными компонентами. Исследователи из Университета штата Пенсильвания предложили способ объединить ДНК с современными полупроводниковыми материалами.

В основе разработки лежат два компонента: специально синтезированная ДНК и кристаллический перовскит. ДНК собирали из доступных молекул, создавая короткие последовательности с заранее заданными характеристиками. Перовскиты, в свою очередь, уже применяются в солнечных элементах, лазерах и различных электронных устройствах.

На основе этих материалов команда изготовила мемристор — элемент памяти, способный сохранять информацию о предыдущем направлении электрического тока даже после отключения питания. Это позволяет не только хранить, но и обрабатывать данные непосредственно в памяти, что напоминает некоторые принципы работы нейронных сетей.

Чтобы придать ДНК необходимые электрические свойства, учёные добавили в неё наночастицы серебра. Такой процесс называется легированием. Серебро повысило электропроводность материала и помогло молекулам ДНК выстраиваться более упорядоченно.

Синтетическая ДНК оказалась удобнее природной для создания подобных устройств. Её короткие и относительно жёсткие фрагменты можно значительно точнее размещать на наномасштабе. В сочетании с перовскитом они сформировали своеобразные биогибридные проводящие пути, по которым перемещался электрический ток.

Эксперименты показали, что устройство стабильно работает при напряжении менее 0,1 вольта. Кроме того, оно сохраняло работоспособность при температурах, приближающихся к 120 °C, а при комнатной температуре продолжало функционировать более шести недель.

Особенно интересным оказался показатель энергопотребления: по данным исследователей, новая система выполняет сопоставимые функции памяти, расходуя примерно в десять раз меньше энергии, чем аналогичные технологии.

Разработка пока находится на исследовательском этапе, но сочетание ДНК, перовскита и мемристорной архитектуры может стать основой для новых энергоэффективных устройств хранения и обработки данных.