Ученые впервые идентифицировали материал с памятью

548

Материал не живой и не имеет структур, даже приближающихся по сложности к мозгу, но исследователи обнаружили, что соединение, называемое диоксидом ванадия, способно «запоминать» предыдущие внешние раздражители.

Это первый раз, когда такая 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 обеспечить схему хранения и обработки данных», — пишет в своей статье группа исследователей  из Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии.

«Эти функциональные устройства могут превзойти обычную электронику металл-оксид-полупроводник с точки зрения скорости, энергопотребления и миниатюризации, а также обеспечить путь к нейроморфным вычислениям и многоуровневой памяти».

Диоксид ванадия (VO2) представляет собой материал, который недавно был предложен в качестве альтернативы или дополнения к кремнию в качестве основы для электронных устройств из-за его потенциальной возможности превзойти последний материал в качестве полупроводника.

Одним из самых интригующих свойств VO2 является то, что при температуре ниже 68 градусов Цельсия он ведет себя как изолятор, но выше этой критической температуры он резко превращается в металл с хорошей проводимостью.

Только недавно, в 2018 году, ученые обнаружили, почему: с повышением температуры меняется способ расположения атомов в его решетке.

Когда температура снова падает, материал возвращается в исходное состояние изолятора. Ученые изначально намеревались исследовать, сколько времени требуется VO2 для перехода от изолятора к металлу и наоборот, проводя измерения, когда он запускал переключатель.

Именно эти измерения выявили нечто весьма своеобразное. Хотя он вернулся в то же исходное состояние, VO2 вел себя так, как будто помнил недавнюю активность.

Эксперименты включали в себя введение электрического тока в материал, который следовал точному пути от одной стороны к другой. Этот ток нагревал VO2, вызывая изменение его состояния – вышеупомянутую перестройку атомной структуры. Когда ток был удален, атомная структура снова перестроилась.

Когда ток был повторно применен, все стало очень интересно.

«Кажется, что VO2 «помнит» первый фазовый переход и предвидит 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 таким образом».

Работа группы выявила, что VO2 хранил какую-то информацию о последнем приложенном токе не менее трех часов. На самом деле это может быть значительно дольше, «но в настоящее время у нас нет инструментов, необходимых для его измерения», — говорит Матиоли.

Переключатель напоминает поведение нейронов в мозгу, которые служат как блоком памяти, так и процессором. Описанные как нейроморфная технология, вычисления на основе подобной системы могут иметь реальное преимущество перед классическими чипами и печатными платами.

Поскольку это двойное свойство является врожденным для материала, VO2, похоже, отвечает всем требованиям к запоминающим устройствам: потенциал большой емкости, высокая скорость и масштабируемость. Кроме того, его свойства дают ему преимущество перед устройствами памяти, которые кодируют данные в двоичном формате, контролируемом электрическими состояниями.

«Мы сообщили о динамике в VO2, которую можно возбуждать в субнаносекундных временных масштабах и отслеживать в течение нескольких порядков во времени, от микросекунд до часов», — пишут исследователи.

«Таким образом, наши функциональные устройства потенциально могут удовлетворить постоянные потребности электроники с точки зрения масштабирования, быстрой работы и снижения уровня напряжения питания».

Исследование опубликовано в журнале Nature Electronics.

Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии