論文の概要: A kinetic Monte Carlo Approach for Boolean Logic Functionality in Gold Nanoparticle Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.04717v1
• Date: Thu, 7 Dec 2023 21:53:07 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-11 17:00:45.941784
• Title: A kinetic Monte Carlo Approach for Boolean Logic Functionality in Gold Nanoparticle Networks
• Title（参考訳）: 金ナノ粒子ネットワークにおけるブール論理関数の速度論的モンテカルロアプローチ
• Authors: Jonas Mensing, Wilfred G. van der Wiel, Andreas Heuer
• Abstract要約: この研究は、ナノ粒子ネットワークにおける電荷輸送のダイナミクスをモデル化するための、モンテカルロをベースとした動力学シミュレーションツールを導入する。 我々は,ナノ粒子ネットワークをブール論理ゲートとして機能させ,その品質を適合関数を用いて評価する。 本研究は, 適合性および非線形特性がシステムサイズ, 周辺電極数, 電極位置に及ぼす影響に関する基礎的疑問に対処する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Nanoparticles interconnected by insulating organic molecules exhibit nonlinear switching behavior at low temperatures. By assembling these switches into a network and manipulating charge transport dynamics through surrounding electrodes, the network can be reconfigurably functionalized to act as any Boolean logic gate. This work introduces a kinetic Monte Carlo-based simulation tool, applying established principles of single electronics to model charge transport dynamics in nanoparticle networks. We functionalize nanoparticle networks as Boolean logic gates and assess their quality using a fitness function. Based on the definition of fitness, we derive new metrics to quantify essential nonlinear properties of the network, including negative differential resistance and nonlinear separability. These nonlinear properties are crucial not only for functionalizing the network as Boolean logic gates but also when our networks are functionalized for brain-inspired computing applications in the future. We address fundamental questions about the dependence of fitness and nonlinear properties on system size, number of surrounding electrodes, and electrode positioning. We assert the overall benefit of having more electrodes, with proximity to the network's output being pivotal for functionality and nonlinearity. Additionally, we demonstrate a optimal system size and argue for breaking symmetry in electrode positioning to favor nonlinear properties.
• Abstract（参考訳）: 絶縁性有機分子で結合したナノ粒子は低温で非線形にスイッチング挙動を示す。 これらのスイッチをネットワークに組み立て、周囲の電極を介して電荷輸送ダイナミクスを操作することで、ネットワークは任意のブール論理ゲートとして機能するように再構成可能となる。 本研究は,単一電子回路の確立した原理を応用し,ナノ粒子ネットワークにおける電荷輸送ダイナミクスをモデル化する速度論的モンテカルロシミュレーションツールを提案する。 ナノ粒子ネットワークをブール論理ゲートとして機能化し, 適合度関数を用いてその品質を評価する。 適合度の定義に基づいて、負の微分抵抗や非線形分離性を含むネットワークの基本非線形特性を定量化する新しい指標を導出する。 これらの非線形特性は、ブール論理ゲートとしてネットワークを機能させるだけでなく、将来脳に触発されたコンピューティングアプリケーションのためにネットワークが機能化される場合にも重要である。 本稿では,システムサイズ,周辺電極数,電極位置に対する適合性と非線形特性の依存性に関する基礎的な疑問について述べる。 我々は、より多くの電極を持つという全体的な利点を主張し、ネットワークの出力に近いことは機能と非線形性にとって重要なものである。 さらに, 最適システムサイズを実証し, 電極位置の対称性の破れを論じ, 非線形特性を優先する。

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