Le matériau n'est pas vivant et n'a pas de structures approchant même la complexité du cerveau, mais les chercheurs ont découvert qu'un composé appelé dioxyde de vanadium est capable de se souvenir des stimuli externes précédents.
C'est la première fois qu'une telle capacité est révélée dans un matériau ; mais il ne sera peut-être pas le dernier. La découverte a des implications plutôt intrigantes pour le développement des appareils électroniques, en particulier pour le traitement et le stockage des données.
Nous rapportons ici des états structuraux électroniques à longue durée de vie dans le dioxyde de vanadium qui peuvent fournir un système de stockage et de traitement de données, écrit un groupe de chercheurs de l'École polytechnique fédérale de Lausanne en Suisse dans leur article.
Ces dispositifs fonctionnels peuvent surpasser l'électronique métal-oxyde-semi-conducteur conventionnelle en termes de vitesse, de consommation d'énergie et de miniaturisation, et ouvrir la voie à l'informatique neuromorphique et à la mémoire en couches.
Le dioxyde de vanadium (VO2) est un matériau qui a récemment été proposé comme alternative ou complément au silicium comme base pour les appareils électroniques en raison de son potentiel à surpasser ce dernier matériau en tant que semi-conducteur.
L'une des propriétés les plus intrigantes du VO2 est qu'en dessous de 68 degrés Celsius, il se comporte comme un isolant, mais au-dessus de cette température critique, il se transforme rapidement en un métal hautement conducteur.
Ce n'est que récemment, en 2018, que les scientifiques ont découvert pourquoi : à mesure que la température augmente, la façon dont les atomes sont disposés dans son réseau change.
Lorsque la température redescend, le matériau retrouve son état initial d'isolant. Les scientifiques ont initialement entrepris d'étudier combien de temps il faut au VO2 pour passer de l'isolant au métal et vice versa en prenant des mesures au moment où il a déclenché le commutateur.
Ce sont ces mesures qui ont révélé quelque chose de très particulier. Bien qu'il soit revenu au même état d'origine, VO2 s'est comporté comme s'il se souvenait d'une activité récente.
Les expériences consistaient à injecter un courant électrique dans le matériau, qui suivait un chemin précis d'un côté à l'autre. Ce courant a chauffé VO2, provoquant un changement de son état - le réarrangement susmentionné de la structure atomique. Lorsque le courant a été supprimé, la structure atomique s'est à nouveau réarrangée.
Lorsque le courant a été rétabli, les choses sont devenues très intéressantes.
Il semble que VO2 se souvienne de la première transition de phase et anticipe la suivante », explique l'ingénieur électricien Alison Matioli de l'EPFL. Nous ne nous attendions pas à voir un tel effet mémoire, et cela n'a rien à voir avec les états électroniques, mais plutôt avec la structure physique du matériau. C'est une nouvelle découverte : aucun autre matériau ne se comporte de cette façon.
Les travaux du groupe ont révélé que VO2 stockait des informations sur le dernier courant appliqué pendant au moins trois heures. En fait, cela pourrait être beaucoup plus long, mais nous n'avons actuellement pas les outils nécessaires pour le mesurer », explique Matioli.
Le commutateur ressemble au comportement des neurones du cerveau, qui servent à la fois d'unité de mémoire et de processeur. Qualifiée de technologie neuromorphique, l'informatique basée sur un tel système peut présenter un réel avantage par rapport aux puces et circuits imprimés classiques.
Parce que cette double propriété est inhérente au matériau, VO2 semble répondre à toutes les exigences de stockage : potentiel de capacité élevée, vitesse élevée et évolutivité. De plus, ses propriétés lui confèrent un avantage sur les dispositifs de mémoire qui encodent les données dans un format binaire contrôlé par des états électriques.
Nous avons signalé une dynamique de VO2 qui peut être excitée sur des échelles de temps inférieures à la nanoseconde et suivie sur plusieurs ordres de grandeur dans le temps, de la microseconde à l'heure, écrivent les chercheurs.
Ainsi, nos dispositifs fonctionnels ont le potentiel de répondre aux besoins constants de l'électronique en termes de mise à l'échelle, de fonctionnement rapide et de niveaux de tension d'alimentation plus faibles.
L'étude est publiée dans la revue Nature Electronics.
2022-08-24 03:51:33
Auteur: Vitalii Babkin