Nije živ i nema strukturu ni blizu složenosti mozga, ali kemijski spoj vanadij dioksid (VO2) sposoban je 'pamtiti' prethodne vanjske podražaje, otkrili su znanstvenici.
To je ujedno i prvi put da je takva sposobnost identificirana u nekom materijalu, ali možda nije i posljednji. Ovo otkriće ima prilično intrigantne implikacije za razvoj elektroničkih uređaja, posebice onih za obradu i pohranu podataka.
Riječ je o elektronički dostupnim dugoživućim strukturnim stanjima u vanadijevom dioksidu, koja mogu pružiti obrazac za pohranu i obradu podataka, pišu autori studije predvođeni inženjerom elektrotehnike Mohammadom Samizadehom Nikoom s École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) u Švicarskoj.
Ovi funkcionalni uređaji nalik staklu mogli bi nadmašiti konvencionalnu metal-oksid poluvodičku elektroniku u smislu brzine, potrošnje energije i minijaturizacije, kao i osigurati put do neuromorfnog računanja i memorije na više razina, dodaju švicarski znanstvenici u spomenutoj studiji koja je objavljena u znanstvenom časopisu Nature Electronics.
Vanadij dioksid (VO2) je materijal koji je nedavno predstavljen kao alternativa ili nadopuna siliciju kao osnovi za elektroničke uređaje, zbog njegovog potencijala da nadmaši potonji materijal u funkciji poluvodiča.
Jedno od najintrigantnijih svojstava VO2 je da se, ispod 68 stupnjeva Celzija ponaša kao izolator, ali iznad te kritične temperature, naglo prelazi u metal, s dobrom vodljivošću Riječ je o promjeni poznatoj kao metal-izolatorski prijelaz.
Tek nedavno, 2018. godine, znanstvenici su otkrili zašto se to događa: kako temperatura raste, mijenja se način na koji se atomi raspoređuju u svojoj rešetki. Kada temperatura ponovno padne, materijal se vraća u svoje izvorno stanje izolacije. Samizadeh Nikoo prvotno je krenuo istraživati koliko je vremena potrebno VO2 za prijelaz iz izolatora u metal i obrnuto, provodeći pritom mjerenja.
Upravo su ta mjerenja otkrila nešto vrlo neobično. Iako se vratio u isto početno stanje, VO2 se ponašao kao da se sjeća nedavne aktivnosti.
Eksperimenti su uključivali uvođenje električne struje u materijal, koja je išla preciznom putanjom s jedne strane na drugu. Ova struja je zagrijala VO2, uzrokujući njegovu promjenu stanja, odnosno ranije spomenuto preuređenje atomske strukture. Kad je struja prekinuta, atomska se struktura ponovno opustila. No, kad je struja ponovno primijenjena, stvari su postale zanimljive.
Činilo se da se VO2 'sjeća' prve fazne tranzicije i predviđa sljedeću. Nismo očekivali da ćemo vidjeti ovakvu vrstu efekta pamćenja, a on nema nikakve veze s elektroničkim stanjima, već s fizičkom strukturom materijala. To je novo otkriće: nijedan drugi materijal se ne ponaša na ovaj način, objašnjava inženjer elektrotehnike Elison Matioli iz EPFL-a.
Rad tima otkrio je da je VO2 najmanje tri sata pohranio neku vrstu informacije o posljednjoj primijenjenoj struji. Moglo bi, zapravo, biti znatno dulje, "ali trenutno nemamo instrumente potrebne da to izmjerimo", kaže Matioli.
Prekidač od VO2 podsjeća na ponašanje neurona u mozgu, koji služe i kao jedinica memorije i kao procesor. Opisana kao neuromorfna tehnologija, računalstvo temeljeno na sličnom sustavu moglo bi imati stvarnu prednost u odnosu na klasične čipove i strujne ploče.
Budući da je ovo dvostruko svojstvo urođeno materijalu, čini se da VO2 ispunjava sve okvire popisa želja za memorijske uređaje: potencijal za veliki kapacitet, veliku brzinu i skalabilnost. Osim toga, njegova svojstva daju mu prednost u odnosu na memorijske uređaje koji kodiraju podatke u binarnom formatu kontroliranom električnim stanjima.
Otkrili smo dinamiku poput stakla u VO2 koja se može pobuditi u vremenskim skalama ispod nanosekunde i pratiti nekoliko redova veličina u vremenu, od mikrosekundi do sati. Naši funkcionalni uređaji stoga potencijalno mogu zadovoljiti stalne zahtjeve elektronike u smislu smanjivanja veličine, brzog rada i smanjenja razine napajanja, pišu na kraju autori studije.
Izvor: Science Alert
