EPFL-onderzoekers hebben ontdekt dat vanadiumdioxide (VO₂ ), een verbinding die in elektronica wordt gebruikt, is in staat om de hele geschiedenis van eerdere externe stimuli te "herinneren". Dit is het eerste materiaal waarvan is vastgesteld dat het deze eigenschap bezit, hoewel er ook andere kunnen zijn.

Mohammad Samizadeh Nikoo, een Ph.D. student aan EPFL's Power and Wide-band-gap Electronics Research Laboratory (POWERlab), deed een toevallige ontdekking tijdens zijn onderzoek naar faseovergangen in Vanadium Dioxide (VO₂ ). VO₂ heeft een isolerende fase wanneer ontspannen bij kamertemperatuur en ondergaat een steile overgang van isolator naar metaal bij 68 ° C, waarbij de roosterstructuur verandert. Klassiek, VO₂ vertoont een vluchtig geheugen:"het materiaal keert terug naar de isolerende toestand direct na het verwijderen van de excitatie", zegt Samizadeh Nikoo. Voor zijn scriptie ging hij op zoek naar hoe lang het duurt voor VO₂ om van de ene toestand naar de andere over te gaan. Maar zijn onderzoek leidde hem op een ander pad:na honderden metingen te hebben gedaan, zag hij een geheugeneffect in de structuur van het materiaal.

Een onverwachte ontdekking

In zijn experimenten paste Samizadeh Nikoo een elektrische stroom toe op een monster van VO₂ . "De stroom bewoog zich over het materiaal en volgde een pad totdat het aan de andere kant uitkwam", legt hij uit. Toen de stroom het monster opwarmde, veroorzaakte dit de VO₂ staat te veranderen. En toen de stroom eenmaal voorbij was, keerde het materiaal terug naar zijn oorspronkelijke staat.

Samizadeh Nikoo legde vervolgens een tweede stroompuls op het materiaal en zag dat de tijd die nodig was om van toestand te veranderen direct verband hield met de geschiedenis van het materiaal. "De VO₂ leek de overgang van de eerste fase te 'herinneren' en te anticiperen op de volgende", legt prof. Elison Matioli, hoofd van het POWERlab, uit. "We hadden niet verwacht dit soort geheugeneffect te zien, en het heeft niets te maken met elektronische toestanden, maar eerder met de fysieke structuur van het materiaal. Het is een nieuwe ontdekking:geen enkel ander materiaal gedraagt ​​zich op deze manier."

Een geheugen van maximaal drie uur

De onderzoekers ontdekten dat VO₂ is in staat om de meest recente externe stimulus tot drie uur lang te onthouden. "Het geheugeneffect kan zelfs enkele dagen aanhouden, maar we hebben momenteel niet de instrumenten die nodig zijn om dat te meten", zegt Matioli.

De ontdekking van het onderzoeksteam is belangrijk omdat het geheugeneffect dat ze hebben waargenomen een aangeboren eigenschap van het materiaal zelf is. Ingenieurs vertrouwen op geheugen om allerlei soorten berekeningen uit te voeren, en er is veel vraag naar materialen die het berekeningsproces kunnen verbeteren door meer capaciteit, snelheid en miniaturisatie te bieden. VO₂ vinkt alle drie deze vakjes aan. Bovendien onderscheidt het zich door het continue, structurele geheugen van conventionele materialen die gegevens opslaan als binaire informatie, afhankelijk van de manipulatie van elektronische toestanden.

De onderzoekers voerden tal van metingen uit om tot hun bevindingen te komen. Ze bevestigden hun resultaten ook door de nieuwe methode toe te passen op verschillende materialen in andere laboratoria over de hele wereld. Deze ontdekking repliceert goed wat er in de hersenen gebeurt, zoals VO₂ schakelaars werken net als neuronen. + Verder verkennen

Nieuwe kwantumsimulatiemethode verduidelijkt gecorreleerde eigenschappen van complex materiaal 1T -TaS2