«Ни один другой материал не ведет себя так»: ученые определили соединение с памятью
Он не живой и не имеет структур, даже приближающихся по сложности к мозгу, но исследователи обнаружили, что соединение под названием диоксид ванадия способно «запоминать» предыдущие внешние раздражители.
Это первый раз, когда эта способность была выявлена в материале; но он может быть не последним. Открытие имеет довольно интригующие последствия для разработки электронных устройств, в частности для обработки и хранения данных.
«Здесь мы сообщаем об электронных долгоживущих структурных состояниях в диоксиде ванадия, которые могут предоставить схему для хранения данных. и обработки», — пишут в своей статье группа исследователей во главе с инженером-электриком Мохаммадом Самизаде Нику из Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии.
«Эти стеклянные функциональные устройства могут превзойти обычные металл-оксид-полупроводник. электроники с точки зрения скорости, энергопотребления и миниатюризации, а также обеспечить путь к нейроморфным вычислениям и многоуровневой памяти».
Диоксид ванадия (VO2) — это материал, который недавно был предложен в качестве альтернативы или дополнения к кремнию в качестве основы для электронных устройств из-за его потенциала превзойти последний материал в качестве полупроводника.
Одно из самых интригующих свойств VO 2 sub> заключается в том, что ниже 68 градусов Цельсия (154,4 градуса по Фаренгейту) он ведет себя как изолятор, но выше этой критической температуры он резко переключается на металл с хорошей проводимостью, изменение, известное как переход металл-изолятор. p>
Только недавно, в 2018 году, ученые выяснили, почему: с повышением температуры меняется способ расположения атомов в решетке.
Когда температура снова падает, материал возвращается в исходное изоляторное состояние. Самизаде Нику изначально намеревался исследовать, сколько времени требуется VO2 для перехода от изолятора к металлу и наоборот, проводя измерения, когда он запускал переключатель.
Именно эти измерения обнаружил нечто весьма своеобразное. Хотя VO2 вернулся в то же исходное состояние, он вел себя так, как будто помнил недавнюю активность.
Эксперименты включали введение электрического тока в материал, который прошел точный путь от одной стороны к другой. Этот ток нагревал VO2, вызывая изменение его состояния – упомянутую выше перестройку атомной структуры. Когда ток был удален, атомная структура снова расслабилась.
Когда ток был подан снова, все стало интересно.
«VO2, казалось, «запоминать» первый фазовый переход и предвидеть следующий», — объясняет инженер-электрик Элисон Матиоли из EPFL. «Мы не ожидали увидеть такой эффект памяти, и он не имеет ничего общего с электронными состояниями, а скорее с физической структурой материала. Это новое открытие: ни один другой материал не ведет себя подобным образом».
Работа группы показала, что VO2 хранил какую-то информацию о последнем приложенном токе в течение как минимум трех часов. На самом деле это может быть значительно дольше, «но в настоящее время у нас нет инструментов, необходимых для его измерения», — говорит Матиоли.
Это переключение напоминает поведение нейронов в мозге, которое служить как единицей памяти и процессора. Описанные как нейроморфная технология, вычисления, основанные на аналогичной системе, могут иметь реальное преимущество перед классическими микросхемами и печатными платами.
Поскольку это двойное свойство является врожденным для материала, VO2 кажется поставить галочку во всех пунктах списка желаний для устройств памяти: потенциал для большой емкости, высокой скорости и масштабируемости. Кроме того, его свойства дают ему преимущество перед устройствами памяти, которые кодируют данные в двоичном формате, контролируемом электрическими состояниями.
«Мы сообщали о стеклянной динамике в VO2, которая могут быть возбуждены в субнаносекундных масштабах и контролироваться в течение нескольких порядков времени, от микросекунд до часов», — пишут исследователи.
«Таким образом, наши функциональные устройства потенциально могут удовлетворить непрерывные требования электроники. с точки зрения масштабирования, быстрой работы и снижения уровня напряжения питания.»
Исследование опубликовано в Nature Electronics.
