Single-electron circuits performing dendritic pattern formation with nature-inspired cellular automata

We propose a novel semiconductor device in which electronic-analogue dendritic trees grow on multilayer single-electron circuits. A simple cellular-automaton circuit was designed for generating dendritic patterns by utilizing the physical properties of single-electron devices, i.e. quantum and thermal effects in tunneling junctions. We demonstrate typical operations of the proposed circuit through extensive numerical simulations

Конкуренция самоорганизованных вращающихся спиральных автоволн в неравновесной диссипативной системе с трехуровневыми активными центрами

Методом компьютерного моделирования исследована конкуренция самоорганизованных вращающихся спиральных автоволн (ВСА) в неравновесной диссипативной системе, обладающей возбудимостью и двухканальным механизмом диффузии возбуждений. Система состоит из локально взаимодействующих активных центров (АЦ), свойства которых близки к свойствам АЦ в фазере (микроволновом фононном лазере). При слабой конкуренции ВСА наблюдалась динамическая стабилизация и сосуществование ВСА с различными топологическими зарядами. Для случая сильно конкурирующих ВСА обнаружено самоиндуцированное обращение знака топологического заряда и установлен механизм этого нелинейного явления. Обсуждаются перспективы исследования ВСА в неравновесных диссипативных системах с возбудимыми трехуровневыми АЦ.Методом комп'ютерного моделювання досліджена конкуренція самоорганізованих обертових спіральних автохвиль (ОСА) у нерівноважній дисипативній системі, яка має властивості збуджуваності та двоканальний механізм дифузії збуджень. Система складається із локально взаємодіючих активних центрів (АЦ), що мають властивості близькі до властивостей АЦ у фазері (мікрохвильовому фононному лазері). При слабкій конкуренції ОСА спостерігалась їх динамічна стабілізація та співіснування ОСА з різними топологічними зарядами. У випадку сильно конкурируючих ОСА виявлено самоіндуковане обернення знаку топологічного заряду та встановлено механізм цього нелінійного явища. Обговорюються перспективи дослідження ОСА у нерівноважних дисипативных системах зі збуджуваними трирівневими АЦ.Competition of self-organized rotating spiral autowaves (RSA) is computationally studied in a nonequilibrium dissipative system possessing excitability and the two-channel diffusion of excitations. Such the system consists of locally interacting three-level active centers (AC) having properties close to ones for AC in the phaser (microwave phonon laser). Dynamical stabilization and coexistence of RSA with different topological charges were observed under conditions of their weak competition. A phenomenon of self-induced reversing of the sign of topological charge was revealed for the case of strongly competing RSA; the mechanism of this nonlinear phenomenon is found. Perspectives of investigations of RSA in nonequilibrium dissipative systems with excitable three-level AC are discussed

Эволюция и динамическая стабилизация мезоскопических диссипативных структур (вращающихся автоволн) с кратными топологическими зарядами в трехуровневых возбудимых системах

Работа посвящена компьютерному моделированию эволюции мезоскопических диссипативных структур (ДС), возникающих в трехуровневых возбудимых системах фазерного типа. Основное внимание уделено изучению вращающихся спиральных автоволн (ВСА), в том числе устойчивых ВСА с кратными топологическими зарядами. В наших компьютерных экспериментах обнаружены и детально изучены размерные эффекты для таких ВСА. Продемонстрирована гиперчувствительность к начальным условиям для мультистабильной возбудимой системы, имеющей пространственные аттракторы в форме ВСА с различными высшими топологическими зарядами. Впервые выполнено моделирование эффекта пространственного сосуществования регулярных и нерегулярных ДС при медленных переходных процессах в возбудимой среде (подобный эффект наблюдался нами ранее в реальных экспериментах на рубиновом фазере).Робота присвячена комп'ютерному моделюванню еволюції мезоскопічних дисипативних структур (ДС), що виникають у трирівневих збуджуваних системах фазерного типу. Основну увагу приділено вивченню обертових спіральних автохвиль (ОСА), у тому числі стійких ОСА з кратними топологічними зарядами. У наших комп'ютерних експериментах виявлені та детально вивчені розмірні ефекти для таких ОСА. Продемонстрована гіперчутливість до початкових умов для мультистабільної збуджуваної системи, що має просторові атрактори у формі ОСА з різними вищими топологічними зарядами. Вперше виконано моделювання ефекту просторового співіснування регулярних та нерегулярних ДС при повільних перехідних процесах у збуджуваному середовищі (подібний ефект спостерігався нами раніше у реальних експериментах на рубіновому фазері).The work is devoted to computer modeling of evolution of mesoscopic dissipative structures (DS), which emerge in three-level excitable systems of the phaser type. The main attention is concentrared on the investigation of the rotating spiral autowaves (RSA), including stable RSA with multiple topological charges. In our computer experimemts, the dimensional phenomena for such the RSA were revealed and investigated in details. The hypersensitivity to initial conditions was demonstrated for a multistable excitable system having spatial attractors in the form of RSA with various higher topological charges. The phenomenon of spatial coexistence of regular and irregular DS during slow transition processes in excitable medium is modeled for the first time (such the phenomenon was observed by us earlier in real experiments on the ruby phaser)