O material não é vivo e não possui estruturas que se aproximem nem da complexidade do cérebro, mas os pesquisadores descobriram que um composto chamado dióxido de vanádio é capaz de lembrar estímulos externos anteriores.
Esta é a primeira vez que tal habilidade foi revelada em um material; mas ele pode não ser o último. A descoberta tem implicações bastante intrigantes para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos, em particular para processamento e armazenamento de dados.
Aqui relatamos estados estruturais eletrônicos de longa duração em dióxido de vanádio que podem fornecer um esquema de armazenamento e processamento de dados, escreve um grupo de pesquisadores da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, em seu artigo.
Esses dispositivos funcionais podem superar os eletrônicos convencionais de semicondutores de óxido de metal em termos de velocidade, consumo de energia e miniaturização, além de fornecer um caminho para a computação neuromórfica e a memória em camadas.
O dióxido de vanádio (VO2) é um material que recentemente foi proposto como alternativa ou adição ao silício como base para dispositivos eletrônicos devido ao seu potencial de superação deste último material como semicondutor.
Uma das propriedades mais intrigantes do VO2 é que abaixo de 68 graus Celsius ele se comporta como um isolante, mas acima dessa temperatura crítica ele se transforma rapidamente em um metal altamente condutor.
Apenas recentemente, em 2018, os cientistas descobriram o porquê: à medida que a temperatura aumenta, a forma como os átomos são organizados em sua rede muda.
Quando a temperatura cai novamente, o material retorna ao seu estado isolante original. Os cientistas originalmente se propuseram a investigar quanto tempo leva para o VO2 passar de isolante para metal e vice-versa, fazendo medições à medida que acionava o interruptor.
Foram essas medições que revelaram algo muito peculiar. Embora tenha retornado ao mesmo estado original, o VO2 se comportou como se lembrasse da atividade recente.
Os experimentos envolveram a injeção de uma corrente elétrica no material, que seguiu um caminho preciso de um lado para o outro. Essa corrente aqueceu o VO2, causando uma mudança em seu estado - o já mencionado rearranjo da estrutura atômica. Quando a corrente foi removida, a estrutura atômica se rearranjou novamente.
Quando a corrente foi reaplicada, as coisas ficaram muito interessantes.
Parece que o VO2 lembra a primeira transição de fase e antecipa a próxima”, explica a engenheira elétrica Alison Matioli da EPFL. Não esperávamos ver esse efeito de memória, e não tem nada a ver com estados eletrônicos, mas sim com a estrutura física do material. Esta é uma nova descoberta: nenhum outro material se comporta dessa maneira.
O trabalho do grupo revelou que o VO2 armazenou algumas informações sobre a última corrente aplicada por pelo menos três horas. Na verdade, poderia ser significativamente mais longo, mas atualmente não temos as ferramentas necessárias para medi-lo”, diz Matioli.
O interruptor se assemelha ao comportamento dos neurônios no cérebro, que servem tanto como unidade de memória quanto como processador. Descrita como tecnologia neuromórfica, a computação baseada em tal sistema pode ter uma vantagem real sobre os chips clássicos e as placas de circuito impresso.
Como essa dupla propriedade é inerente ao material, o VO2 parece atender a todos os requisitos de armazenamento: potencial de alta capacidade, alta velocidade e escalabilidade. Além disso, suas propriedades lhe conferem uma vantagem sobre os dispositivos de memória que codificam dados em formato binário controlado por estados elétricos.
Relatamos dinâmicas no VO2 que podem ser excitadas em escalas de tempo de subnanossegundos e rastreadas em várias ordens de magnitude no tempo, de microssegundos a horas, escrevem os pesquisadores.
Assim, nossos dispositivos funcionais têm potencial para atender às constantes necessidades da eletrônica em termos de dimensionamento, operação rápida e níveis mais baixos de tensão de alimentação.
O estudo foi publicado na revista Nature Electronics.
2022-08-24 03:51:33
Autor: Vitalii Babkin