Bilim İnsanları, Belleği Olan Bir Bileşik Tanımladı

Araştırmacılar, canlı olmayan vanadyum dioksit adı verilen bir bileşiğin beynin karmaşıklığına yaklaşan hiçbir yapıya sahip olmadığını, ancak önceki dış uyaranları 'hatırlayabildiğini' keşfettiler.

Bu yetenek bir malzemede ilk kez tanımlandı; ama son olmayabilir. Keşfin elektronik cihazların, özellikle de veri işleme ve depolamanın geliştirilmesi için oldukça ilgi çekici etkileri var.

İsviçre'deki École Polytechnique Fédérale de Lausanne'den elektrik mühendisi Mohammad Samizadeh Nikoo liderliğindeki bir araştırma ekibi makalelerinde "Burada, vanadyum dioksitte elektronik olarak erişilebilir uzun ömürlü yapısal durumları veri depolama ve işleme için bir şema sağlayabilecek şekilde rapor ediyoruz" diye yazıyor.

"Bu cam benzeri işlevsel cihazlar, hız, enerji tüketimi ve minyatürleştirme açısından geleneksel metal-oksit-yarı iletken elektroniklerinden daha iyi performans gösterebilir ve ayrıca nöromorfik hesaplama ve çok düzeyli belleklere bir yol sağlayabilir."

Vanadyum dioksit (VO2), yarı iletken olarak iyi performans gösterme potansiyeli nedeniyle, elektronik cihazların temeli olarak silikona alternatif veya tamamlayıcı olarak yakın zamanda popüler olan bir malzemedir.

VO2'nin en ilgi çekici özelliklerinden biri, 68 santigrat derecenin altında bir yalıtkan gibi davranmasıdır - ancak bu kritik sıcaklığın üzerinde, aniden iyi iletkenliğe sahip bir metale geçiş yapar.

Bilim insanları bunun nedenini ancak yakın zamanda, 2018'de keşfetti: sıcaklık arttıkça atomların kafes düzeninde kendilerini düzenleme biçimleri değişiyor.

Sıcaklık tekrar düştüğünde, malzeme orijinal yalıtkan durumuna geri döner. Samizadeh Nikoo başlangıçta VO2'nin yalıtkandan metale geçişinin ne kadar sürdüğünü araştırmak için yola çıktı ve anahtarı tetiklediğinde ölçümler aldı.

Çok tuhaf bir şeyi ortaya çıkaran bu ölçümlerdi. Aynı başlangıç ​​durumuna geri dönmesine rağmen, VO2 son etkinliği hatırlıyormuş gibi davrandı.

Deneyler, bir taraftan diğerine kesin bir yol izleyen malzemeye bir elektrik akımı verilmesini içeriyordu. Bu akım VO2'yi ısıtarak atomik yapının yukarıda bahsedilen şekilde yeniden düzenlenmesine neden oldu. Akım kaldırıldığında, atomik yapı tekrar gevşedi.

Akım yeniden uygulandığında işler ilginçleşti.

EPFL'den elektrik mühendisi Elison Matioli, "VO2 ilk faz geçişini 'hatırlıyor' ve bir sonrakini tahmin ediyor gibiydi," diye açıklıyor. "Bu tür bir hafıza etkisi görmeyi beklemiyorduk ve bunun elektronik durumlarla değil, malzemenin fiziksel yapısıyla ilgisi var. Bu yeni bir keşif: başka hiçbir malzeme bu şekilde davranmıyor."

Ekibin çalışması, VO2'nin en son uygulanan akım hakkında en az üç saat boyunca bir tür bilgi sakladığını ortaya çıkardı.

Anahtar hem bir bellek birimi hem de işlemci olarak hizmet eden beyindeki nöronların davranışını andırıyor. Nöromorfik teknoloji olarak tanımlanan benzer bir sisteme dayalı bilgi işlem, klasik çiplere ve devre kartlarına göre gerçek bir avantaja sahip olabilir.

Araştırmacılar, "VO2'de nanosaniye altı zaman ölçeklerinde uyarılabilen ve mikrosaniyelerden saatlere kadar zaman içinde çeşitli büyüklük dereceleri için izlenebilen cam benzeri dinamikler bildirdik" diye yazıyor.

"İşlevsel cihazlarımız, bu nedenle, potansiyel olarak elektroniklerin ölçek küçültme, hızlı çalışma ve voltaj besleme seviyesini düşürme açısından sürekli taleplerini karşılayabilir."

Araştırma Nature Electronics'te yayınlandı.