Forskere opdager et materiale, der kan lære ligesom hjernen

EPFL-forskere har opdaget, at vanadiumdioxid (VO₂ ), en forbindelse brugt i elektronik, er i stand til at "huske" hele historien om tidligere eksterne stimuli. Dette er det første materiale, der er blevet identificeret som besidder denne egenskab, selvom der kan være andre.

Mohammad Samizadeh Nikoo, en ph.d. studerende ved EPFL's Power and Wide-band-gap Electronics Research Laboratory (POWERlab), gjorde en tilfældig opdagelse under sin forskning i faseovergange i vanadiumdioxid (VO₂ ). VO₂ har en isolerende fase, når den er afslappet ved stuetemperatur, og gennemgår en stejl overgang mellem isolator og metal ved 68 °C, hvor dens gitterstruktur ændres. Klassisk VO₂ udviser en flygtig hukommelse:"materialet vender tilbage til den isolerende tilstand lige efter fjernelse af excitationen" siger Samizadeh Nikoo. Til sit speciale satte han sig for at opdage, hvor lang tid det tager for VO₂ at gå fra en tilstand til en anden. Men hans forskning førte ham ind ad en anden vej:efter at have taget hundredvis af målinger, observerede han en hukommelseseffekt i materialets struktur.

En uventet opdagelse

I sine eksperimenter påførte Samizadeh Nikoo en elektrisk strøm til en prøve af VO₂ . "Strømmen bevægede sig hen over materialet og fulgte en sti, indtil den kom ud på den anden side," forklarer han. Da strømmen opvarmede prøven, forårsagede den VO₂ at skifte tilstand. Og når strømmen var gået, vendte materialet tilbage til sin oprindelige tilstand.

Samizadeh Nikoo påførte derefter en anden strømimpuls til materialet og så, at den tid, det tog at ændre tilstand, var direkte forbundet med materialets historie. "VO₂ syntes at 'huske' den første faseovergang og forudse den næste," forklarer prof. Elison Matioli, der leder POWERlab. "Vi forventede ikke at se denne form for hukommelseseffekt, og det har intet at gøre med elektroniske tilstande, men snarere med materialets fysiske struktur. Det er en ny opdagelse:intet andet materiale opfører sig på denne måde."

En hukommelse på op til tre timer

Forskerne fortsatte med at finde, at VO₂ er i stand til at huske sin seneste eksterne stimulus i op til tre timer. "Hukommelseseffekten kunne faktisk vare ved i flere dage, men vi har i øjeblikket ikke de nødvendige instrumenter til at måle det," siger Matioli.

Forskerholdets opdagelse er vigtig, fordi den hukommelseseffekt, de observerede, er en medfødt egenskab ved selve materialet. Ingeniører er afhængige af hukommelse til at udføre alle slags beregninger, og der er stor efterspørgsel efter materialer, der kan forbedre beregningsprocessen ved at tilbyde større kapacitet, hastighed og miniaturisering. VO₂ krydser alle tre af disse felter. Hvad mere er, adskiller dens kontinuerlige strukturelle hukommelse den fra konventionelle materialer, der lagrer data som binær information afhængig af manipulation af elektroniske tilstande.

Forskerne udførte et væld af målinger for at nå frem til deres resultater. De bekræftede også deres resultater ved at anvende den nye metode på forskellige materialer på andre laboratorier rundt om i verden. Denne opdagelse replikerer godt, hvad der sker i hjernen, som VO₂ kontakter fungerer ligesom neuroner. + Udforsk yderligere

Ny kvantesimuleringsmetode tydeliggør korrelerede egenskaber af komplekst materiale 1T -TaS2