Il materiale non è vivo e non ha strutture nemmeno vicine alla complessità del cervello, ma i ricercatori hanno scoperto che un composto chiamato biossido di vanadio è in grado di ricordare precedenti stimoli esterni.
Questa è la prima volta che una tale capacità viene rivelata in un materiale; ma potrebbe non essere l'ultimo. La scoperta ha implicazioni piuttosto intriganti per lo sviluppo di dispositivi elettronici, in particolare per l'elaborazione e l'archiviazione dei dati.
Qui riportiamo sugli stati strutturali elettronici di lunga durata nel biossido di vanadio che possono fornire uno schema di archiviazione ed elaborazione dei dati, scrive un gruppo di ricercatori del Politecnico federale di Losanna in Svizzera nel loro articolo.
Questi dispositivi funzionali possono superare le prestazioni dell'elettronica convenzionale a semiconduttore di ossido di metallo in termini di velocità, consumo energetico e miniaturizzazione e fornire un percorso per il calcolo neuromorfico e la memoria a strati.
Il biossido di vanadio (VO2) è un materiale che è stato recentemente proposto come alternativa o aggiunta al silicio come base per dispositivi elettronici grazie al suo potenziale di superare quest'ultimo materiale come semiconduttore.
Una delle proprietà più intriganti del VO2 è che sotto i 68 gradi Celsius si comporta come un isolante, ma al di sopra di questa temperatura critica si trasforma rapidamente in un metallo altamente conduttivo.
Solo di recente, nel 2018, gli scienziati hanno scoperto il motivo: all'aumentare della temperatura, il modo in cui gli atomi sono disposti nel suo reticolo cambia.
Quando la temperatura scende nuovamente, il materiale torna allo stato isolante originario. Inizialmente gli scienziati hanno deciso di indagare su quanto tempo impiega il VO2 per passare dall'isolante al metallo e viceversa, effettuando misurazioni quando ha attivato il passaggio.
Sono state queste misurazioni che hanno rivelato qualcosa di molto peculiare. Sebbene sia tornato allo stesso stato originale, VO2 si è comportato come se ricordasse l'attività recente.
Gli esperimenti prevedevano l'iniezione di una corrente elettrica nel materiale, che seguiva un percorso preciso da una parte all'altra. Questa corrente ha riscaldato VO2, provocando un cambiamento nel suo stato - il suddetto riarrangiamento della struttura atomica. Quando la corrente è stata rimossa, la struttura atomica si è riorganizzata di nuovo.
Quando la corrente è stata riapplicata, le cose sono diventate molto interessanti.
Sembra che VO2 ricordi la prima transizione di fase e anticipi la successiva", spiega l'ingegnere elettrico Alison Matioli dell'EPFL. Non ci aspettavamo di vedere un simile effetto memoria, e non ha nulla a che fare con gli stati elettronici, ma piuttosto con la struttura fisica del materiale. Questa è una nuova scoperta: nessun altro materiale si comporta in questo modo.
Il lavoro del gruppo ha rivelato che VO2 ha memorizzato alcune informazioni sull'ultima corrente applicata per almeno tre ore. In effetti, potrebbe essere significativamente più lungo, ma al momento non disponiamo degli strumenti necessari per misurarlo", afferma Matioli.
L'interruttore ricorda il comportamento dei neuroni nel cervello, che fungono sia da unità di memoria che da processore. Descritta come tecnologia neuromorfica, l'informatica basata su un tale sistema può avere un reale vantaggio rispetto ai classici chip e ai circuiti stampati.
Poiché questa doppia proprietà è inerente al materiale, VO2 sembra soddisfare tutti i requisiti di archiviazione: alta capacità potenziale, alta velocità e scalabilità. Inoltre, le sue proprietà gli conferiscono un vantaggio rispetto ai dispositivi di memoria che codificano i dati in un formato binario controllato da stati elettrici.
Abbiamo riportato dinamiche in VO2 che possono essere eccitate su scale temporali di subnanosecondi e tracciate su diversi ordini di grandezza nel tempo, da microsecondi a ore, scrivono i ricercatori.
Pertanto, i nostri dispositivi funzionali hanno il potenziale per soddisfare le esigenze costanti dell'elettronica in termini di ridimensionamento, funzionamento rapido e livelli di tensione di alimentazione inferiori.
Lo studio è pubblicato sulla rivista Nature Electronics.
2022-08-24 03:51:33
Autore: Vitalii Babkin