Исследователи обнаружили материал с мозгом

Федеральная политехническая школа Лозанны, 5 сентября 2022 г.

Диоксид ванадия (VO2) — соединение, способное «запоминать» всю историю предыдущих внешних раздражителей. Фото: POWERlab / EPFL, 2022 г.

Во время своих исследований фазовых переходов в диоксиде ванадия (VO2) Мохаммад Самизаде Нику, доктор философии. Студент Лаборатории исследований в области энергетики и широкозонной электроники (POWERlab) Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) сделал неожиданный вывод. При релаксации при комнатной температуре VO2 имеет изолирующую фазу и испытывает резкий переход от изолятора к металлу при 68 ° C (154 ° F), при котором меняется структура его решетки.

По словам Самизаде Никоо, VO2 обладает энергозависимой памятью: «материал возвращается в изолирующее состояние сразу после снятия возбуждения». Для своей диссертации он решил выяснить, сколько времени требуется VO2, чтобы перейти из одного состояния в другое. Однако его исследование приняло другой оборот: собрав сотни измерений, он обнаружил эффект памяти в структуре материала.

В своих экспериментах Самизаде Нику пропускал электрический ток к образцу VO2. «Ток двигался по материалу, следуя по пути, пока не вышел на другую сторону», - объясняет он. VO2 менял состояние, когда ток нагревал образец. После исчезновения тока материал вернулся в исходное состояние. Затем Самизаде Нику подал на материал второй импульс тока и обнаружил, что время, необходимое для изменения состояния, тесно связано с историей материала.

«Похоже, что VO2 «запоминает» первый фазовый переход и предвидит следующий», — объясняет профессор Элисон Матиоли, возглавляющий лабораторию POWERlab. «Мы не ожидали увидеть такой эффект памяти, и он не имеет ничего общего с электронными состояниями, а скорее с физической структурой материала. Это новое открытие: ни один другой материал не ведет себя таким образом».

Исследователи обнаружили, что VO2 может запоминать последний внешний раздражитель в течение трех часов. «Эффект памяти на самом деле может сохраняться в течение нескольких дней, но в настоящее время у нас нет инструментов, необходимых для его измерения», — говорит Матиоли.

Открытие, сделанное исследовательской группой, важно, поскольку выявленный эффект памяти является врожденным свойством самого материала. Инженеры полагаются на память при выполнении различных вычислений, а материалы, которые могут улучшить процесс вычислений за счет увеличения емкости, скорости и миниатюризации, пользуются большим спросом. VO2 проверяет все три флажка. Более того, его непрерывная структурная память отличает его от типичных материалов, которые хранят данные в виде двоичной информации в зависимости от манипулирования электрическими состояниями.

Чтобы прийти к своим выводам, исследователи провели множество измерений. Они также подтвердили свои результаты, применив новый метод к различным материалам в других лабораториях по всему миру. Это открытие хорошо повторяет то, что происходит в мозге, поскольку переключатели VO2 действуют точно так же, как нейроны.

Ссылка: «Электрический контроль стеклоподобной динамики в диоксиде ванадия для хранения и обработки данных», Мохаммад Самизаде Нику, Реза Сулейманзаде, Анна Краммер, Гильерме Мильято Марега, Юнкю Парк, Джунву Сон, Андреас Шуелер, Андраш Кис, Филип Дж. В. Молл, и Элисон Матиоли, 22 августа 2022 г., Nature Electronics.DOI: 10.1038/s41928-022-00812-z.