I ricercatori scoprono un materiale con il cervello

Di Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne5 settembre 2022

Biossido di vanadio (VO2), un composto capace di "ricordare" l'intera storia dei precedenti stimoli esterni. Credito: POWERlab / 2022 EPFL

Durante la sua ricerca sulle transizioni di fase nel biossido di vanadio (VO2), Mohammad Samizadeh Nikoo, un Ph.D. Uno studente del Laboratorio di ricerca sull'energia e sull'elettronica a banda larga (POWERlab) dell'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), ha fatto una scoperta inaspettata. Quando rilassato a temperatura ambiente, il VO2 ha una fase isolante e sperimenta una brusca transizione da isolante a metallo a 68 °C (154 °F), dove la sua struttura reticolare cambia.

Secondo Samizadeh Nikoo, il VO2 ha una memoria volatile: "il materiale ritorna allo stato isolante subito dopo aver rimosso l'eccitazione". Per la sua tesi ha cercato di scoprire quanto tempo impiega il VO2 a passare da uno stato all'altro. Tuttavia, la sua indagine ha preso una piega diversa: dopo aver raccolto centinaia di misurazioni, ha scoperto un effetto memoria nella struttura del materiale.

Nei suoi esperimenti, Samizadeh Nikoo ha somministrato corrente elettrica a un campione VO2. "La corrente si muoveva attraverso il materiale, seguendo un percorso fino a uscire dall'altra parte", spiega. Il VO2 ha cambiato stato mentre la corrente riscaldava il campione. Una volta scomparsa la corrente, il materiale è tornato al suo stato originale. Samizadeh Nikoo ha quindi inviato un secondo impulso di corrente al materiale e ha scoperto che il tempo impiegato per cambiare stato era strettamente correlato alla storia del materiale.

"Il VO2 sembrava 'ricordare' la prima transizione di fase e anticipare quella successiva", spiega la professoressa Elison Matioli, che dirige il POWERlab. "Non ci aspettavamo di vedere questo tipo di effetto memoria, e non ha nulla a che fare con gli stati elettronici ma piuttosto con la struttura fisica del materiale. È una scoperta nuova: nessun altro materiale si comporta in questo modo."

I ricercatori hanno scoperto che il VO2 può ricordare il suo stimolo esterno più recente per un massimo di tre ore. "L'effetto memoria potrebbe infatti persistere per diversi giorni, ma al momento non disponiamo degli strumenti necessari per misurarlo", spiega Matioli.

La scoperta fatta dal team di studio è significativa poiché l'effetto memoria individuato è una proprietà innata del materiale stesso. Gli ingegneri dipendono dalla memoria per completare vari calcoli e i materiali che possono migliorare il processo di calcolo aumentando la capacità, la velocità e la miniaturizzazione sono molto richiesti. VO2 seleziona tutte e tre queste caselle. Inoltre, la sua memoria strutturale continua lo distingue dai tipici materiali che memorizzano i dati come informazioni binarie a seconda della manipolazione degli stati elettrici.

I ricercatori hanno eseguito una serie di misurazioni per raggiungere le loro conclusioni. Hanno inoltre confermato i risultati applicando il nuovo metodo a diversi materiali in altri laboratori in tutto il mondo. Questa scoperta replica bene ciò che accade nel cervello, poiché gli interruttori VO2 agiscono proprio come i neuroni.

Riferimento: "Controllo elettrico della dinamica simile al vetro nel biossido di vanadio per l'archiviazione e l'elaborazione dei dati" di Mohammad Samizadeh Nikoo, Reza Soleimanzadeh, Anna Krammer, Guilherme Migliato Marega, Yunkyu Park, Junwoo Son, Andreas Schueler, Andras Kis, Philip JW Moll, ed Elison Matioli, 22 agosto 2022, Nature Electronics.DOI: 10.1038/s41928-022-00812-z