No está vivo y no tiene estructuras que se acerquen siquiera a la complejidad del cerebro, pero un compuesto llamado dióxido de vanadio es capaz de “recordar” estímulos externos previos, según han descubierto los investigadores.
Esta es la primera vez que se identifica esta habilidad en un material; pero puede que no sea la última. El descubrimiento tiene algunas implicaciones bastante intrigantes para el desarrollo de dispositivos electrónicos, en particular, el procesamiento y almacenamiento de datos.
“Aquí informamos estados estructurales de larga duración accesibles electrónicamente en dióxido de vanadio que pueden proporcionar un esquema para el almacenamiento y procesamiento de datos”, escribe un equipo de investigadores dirigido por el ingeniero eléctrico Mohammad Samizadeh Nikoo de École Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suiza. en su papel
“Estos dispositivos funcionales similares al vidrio podrían superar a la electrónica convencional de semiconductores de óxido de metal en términos de velocidad, consumo de energía y miniaturización, además de proporcionar una ruta hacia la computación neuromórfica y las memorias multinivel”.
Dióxido de vanadio (VO2) es un material que se ha presentado recientemente como alternativa o complemento al silicio como base para dispositivos electrónicos, debido a su potencial para superar a este último material como semiconductor.
Una de las propiedades más intrigantes del VO2 es que, por debajo de los 68 grados centígrados (154,4 grados Fahrenheit), se comporta como un aislante, pero por encima de esa temperatura crítica, cambia abruptamente a un metal, con buena conductividad, un cambio conocido como el transición metal-aislante
Fue solo recientemente, en 2018, que los científicos descubrieron por qué: a medida que aumenta la temperatura, la forma en que los átomos se ordenan en sus cambios de patrón de celosía.
Cuando la temperatura vuelve a bajar, el material vuelve a su estado aislante original. Samizadeh Nikoo originalmente se propuso investigar cuánto tiempo VO2 lleva a la transición de aislante a metal, y viceversa, tomando medidas mientras accionaba el interruptor.
Fueron estas medidas las que revelaron algo muy peculiar. Aunque volvió al mismo estado inicial, el VO2 se comportó como si recordado Actividad reciente.
Los experimentos consistían en introducir una corriente eléctrica en el material, que tomaba un camino preciso de un lado al otro. Esta corriente calentó el VO2
Cuando se volvió a aplicar la corriente, las cosas se pusieron interesantes.
“El V.O.2 parecía ‘recordar’ la transición de la primera fase y anticipar la siguiente”, explica el ingeniero eléctrico Elison Matioli de EPFL. “No esperábamos ver este tipo de efecto de memoria, y no tiene nada que ver con los estados electrónicos sino con la estructura física del material. Es un descubrimiento novedoso: ningún otro material se comporta de esta manera”.
El trabajo del equipo reveló que VO2 almacenó algún tipo de información sobre la corriente aplicada más recientemente durante al menos tres horas. De hecho, podría ser significativamente más largo, “pero actualmente no tenemos los instrumentos necesarios para medir eso”, dice Matioli.
El interruptor recuerda el comportamiento de las neuronas en un cerebro, que sirven como unidad de memoria y procesador. Descrita como tecnología neuromórfica, la computación basada en un sistema similar podría tener una ventaja real sobre los chips y placas de circuitos clásicos.
Debido a que esta propiedad dual es innata al material, VO2 parece marcar todas las casillas de la lista de deseos para los dispositivos de memoria: potencial de alta capacidad, alta velocidad y escalabilidad. Además, sus propiedades le otorgan una ventaja sobre los dispositivos de memoria que codifican datos en un formato binario controlado por estados eléctricos.
“Hemos informado una dinámica similar al vidrio en VO2 que se puede excitar en escalas de tiempo de subnanosegundos y monitorearse en varios órdenes de magnitudes en el tiempo, desde microsegundos hasta horas”. los investigadores escriben.
“Nuestros dispositivos funcionales pueden, por lo tanto, satisfacer potencialmente las demandas continuas de la electrónica en términos de reducción de escala, operación rápida y disminución del nivel de suministro de voltaje”.
La investigación ha sido publicada en Naturaleza Electrónica.