A fost descoperit un material asemănător creierului

Oamenii de știință de la Școala Politehnică Federală din Lausanne din Elveția au descoperit că dioxidul de vanadiu VO2, care este folosit în electronică, este capabil să „memorizeze” impactul asupra sa prin curent electric, schimbîndu-i structura.

Acesta este primul material despre care se știe că are memorie eficientă din punct de vedere energetic, dar pot exista altele. Descoperirea, prezentată în detalii într-un articol publicat în revista Nature Electronics, ar putea ajuta la dezvoltarea dispozitivelor de calcul miniaturale cu arhitecturi fundamental noi, cum ar fi cele care imită creierul.

Se știe că în dioxidul de vanadiu, în condițiile unei creșteri a temperaturii de la temperatura camerei la 68 de grade Celsius, are loc o tranziție bruscă de fază de la un izolator la un metal din cauza unei modificări a structurii rețelei. Dacă temperatura scade din nou, materialul revine imediat la starea de izolare. Dispozitivele care se bazează pe o astfel de tranziție ar avea memorie volatilă. Cu toate acestea, cercetătorii care studiază timpul de răspuns la excitarea VO2 cu impulsuri electrice au descoperit că pot apărea rearanjamente în material care persistă chiar și după expunere.

Mohammad Samizadeh Nikoo, autorul principal al studiului, și colegii săi au aplicat un curent electric pe o probă de dioxid de vanadiu în timpul experimentelor, care a încălzit materialul pe parcurs pînă cînd a ieșit pe cealaltă parte a probei. În timpul încălzirii, au avut loc tranziții de fază în VO2, cu toate acestea, după primul impuls electric, materialul a revenit la starea inițială.

Cu toate acestea, atunci cînd se aplică impulsuri repetate de curent electric, s-a dovedit că timpul de incubare, adică timpul necesar pentru a transforma un izolator într-un conductor, depinde de istoricul tranzițiilor anterioare de fază. Dacă la prima tranziție timpul de incubare a fost de aproximativ 1,4 microsecunde, atunci la a doua tranziție a fost redus de zece ori. Această schimbare a durat aproximativ trei ore. În acest caz, structura dioxidului de vanadiu a dobîndit caracteristici asemănătoare sticlei de-a lungul căii curente.

Un bipol de oxid de vanadiu lung de 50 de nanometri poate trece la o nouă stare cu un impuls de curent electric sub nanosecunde, consumînd în același timp doar 100 de femtojouli de energie. Autorii scriu că astfel de dispozitive asemănătoare sticlei ar putea depăși electronica convențională bazată pe structuri tradiționale de oxid de metal și semiconductor în ceea ce privește viteza, consumul de energie și miniaturizare, precum și să ofere o cale către calculul neuromorf și memoria pe mai multe niveluri.