Удивительный материал, обладающий памятью на внешние раздражители – шаг к новым компьютерным технологиям
Он не живой и не имеет структур, даже напоминающих по сложности мозг, но ученым удалось обнаружить, что соединение, называемое диоксидом 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.
Диоксид ванадия может применяться в электронных долгоживущих структурных состояниях, которые могут обеспечить схему хранения и обработки данных.
Эти новые функциональные устройства могут превзойти обычную электронику металл-оксид-полупроводник с точки зрения скорости, энергопотребления и миниатюризации, а также обеспечить путь к нейроморфным вычислениям (новая компьютерная технология, нацеленная на использование принципов строения и работы человеческого мозга), а также 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, что с повышением температуры меняется способ расположения атомов в его решетке. Когда температура снова падает, материал возвращается в исходное состояние изолятора.
Исследователи пытались определить, сколько времени требуется VO2 для перехода от изолятора к металлу и наоборот. Но именно эти измерения выявили нечто весьма своеобразное. Хотя материал вернулся в то же исходное состояние, но вел себя так, как будто помнил недавнюю активность.
Эксперименты включали в себя протекание электрического тока в материале, который нагревал VO2, вызывая изменение его состояния – вышеупомянутую перестройку атомной структуры.
В результате эксперимента было установлено, что VO2 «помнит» первый фазовый переход и предвидит следующий. Ученые 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 информацию о последнем приложенном токе не менее трех часов. На самом деле это может быть значительно дольше, но в настоящее время у исследователей нет инструментов, необходимых для его измерения.
Это 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.
Это двойное свойство является характерным для материала, VO2 и отвечает всем требованиям к запоминающим устройствам: 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.