이 물질은 살아 있지 않고 뇌의 복잡성에 근접한 구조조차 갖고 있지 않지만 연구자들은 이산화바나듐이라는 화합물이 이전의 외부 자극을 기억할 수 있다는 것을 발견했습니다.
이러한 능력이 재료에서 공개된 것은 이번이 처음입니다. 그러나 그는 마지막이 아닐 수도 있습니다. 이 발견은 특히 데이터 처리 및 저장을 위한 전자 장치의 개발에 다소 흥미로운 의미를 갖습니다.
여기에서 우리는 데이터 저장 및 처리 계획을 제공할 수 있는 바나듐 이산화물의 전자 수명 구조 상태에 대해 보고합니다.
이러한 기능 장치는 속도, 전력 소비 및 소형화 측면에서 기존의 금속 산화물 반도체 전자 장치를 능가할 수 있으며 뉴로모픽 컴퓨팅 및 계층 메모리에 대한 경로를 제공합니다.
이산화 바나듐(VO2)은 반도체로서 후자의 재료를 능가할 가능성으로 인해 전자 장치의 베이스로서 실리콘의 대안 또는 추가로 최근에 제안된 재료입니다.
VO2의 가장 흥미로운 특성 중 하나는 섭씨 68도 미만에서는 절연체처럼 행동하지만 이 임계 온도 이상에서는 빠르게 전도성이 높은 금속으로 변한다는 것입니다.
최근에야 2018년에 과학자들이 그 이유를 발견했습니다. 온도가 상승함에 따라 원자가 격자에서 배열되는 방식이 변하는 것입니다.
온도가 다시 떨어지면 재료는 원래의 절연체 상태로 돌아갑니다. 과학자들은 원래 VO2가 스위치를 트리거할 때 측정을 수행하여 절연체에서 금속으로 또는 그 반대로 이동하는 데 걸리는 시간을 조사하기 시작했습니다.
매우 특이한 것을 밝혀낸 것은 이러한 측정이었습니다. 원래의 상태로 돌아갔지만 VO2는 최근 활동을 기억하는 것처럼 행동했습니다.
실험은 한 쪽에서 다른 쪽으로 정확한 경로를 따라 물질에 전류를 주입하는 것과 관련되었습니다. 이 전류는 VO2를 가열하여 상태의 변화를 일으키며, 이는 앞서 언급한 원자 구조의 재배열입니다. 전류가 제거되면 원자 구조가 다시 재배열됩니다.
전류가 다시 적용되었을 때 상황이 매우 흥미로워졌습니다.
VO2는 첫 번째 상전이를 기억하고 다음 상전이를 예상하는 것 같습니다.”라고 EPFL의 전기 엔지니어 Alison Matioli가 설명합니다. 우리는 그러한 기억 효과를 기대하지 않았으며 전자 상태와 관련이 없고 오히려 물질의 물리적 구조와 관련이 있습니다. 이것은 새로운 발견입니다. 다른 어떤 물질도 이런 식으로 작동하지 않습니다.
그룹의 연구에 따르면 VO2는 마지막으로 적용된 전류에 대한 일부 정보를 최소 3시간 동안 저장한 것으로 나타났습니다. 사실, 훨씬 더 길 수 있지만 현재 우리는 그것을 측정하는 데 필요한 도구가 없습니다.”라고 Matioli는 말합니다.
스위치는 기억 장치와 프로세서 역할을 하는 뇌의 뉴런의 행동과 유사합니다. 뉴로모픽 기술로 설명되는 이러한 시스템을 기반으로 하는 컴퓨팅은 기존 칩 및 인쇄 회로 기판에 비해 실질적인 이점을 가질 수 있습니다.
이 이중 속성이 재료에 내재되어 있기 때문에 VO2는 고용량 잠재력, 고속 및 확장성과 같은 모든 저장 요구 사항을 충족하는 것으로 보입니다. 또한, 그 속성은 전기적 상태에 의해 제어되는 이진 형식으로 데이터를 인코딩하는 메모리 장치에 비해 이점을 제공합니다.
우리는 나노초 미만의 시간 척도에서 여기될 수 있는 VO2의 역학을 보고했으며 마이크로초에서 몇 시간에 이르기까지 시간에 따라 몇 자릿수에 걸쳐 추적할 수 있다고 연구원들은 밝혔습니다.
따라서 당사의 기능적 장치는 확장성, 빠른 작동 및 낮은 공급 전압 수준 측면에서 전자 제품의 지속적인 요구를 충족할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
이번 연구는 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics) 저널에 게재됐다.
2022-08-24 03:51:33
작가: Vitalii Babkin