Overgangsmetaaloxiden (TMO) worden uitgebreid bestudeerd, technologisch belangrijke materialen, vanwege hun complexe elektronische interacties, resulterend in een grote verscheidenheid aan collectieve fenomenen. Geheugeneffecten in TMO's hebben enorm veel belangstelling gekregen, zowel van fundamenteel wetenschappelijk belang als technologisch belang zijn.

Dr. Amos Sharoni van de afdeling Natuurkunde van de Bar-Ilan Universiteit, en Instituut voor Nanotechnologie en Geavanceerde Materialen (BINA), heeft nu een nieuw soort geheugeneffect ontdekt, niet gerelateerd aan eerder gerapporteerde geheugeneffecten.

Dr. Sharoni, samen met zijn leerling Naor Vardi, en ondersteund door theoretische modellering door Yonatan Dubi van de Ben-Gurion University in de Negev, een eenvoudig experimenteel ontwerp gebruikt om veranderingen in de eigenschappen van twee TMO's te bestuderen, VO2 en NdNiO3, die een metaal-isolator faseovergang ondergaan. hun resultaten, net gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen , demonstreren niet alleen een nieuw fenomeen, maar belangrijk, geef ook uitleg over de herkomst.

Ramp-omkeringsgeheugen

Metaal-isolatorovergangen zijn overgangen van een metaal (materiaal met een goede elektrische geleidbaarheid van elektrische ladingen) naar een isolator (materiaal waarbij de geleidbaarheid van ladingen snel wordt onderdrukt). Deze overgangen kunnen worden bereikt door een kleine variatie van externe parameters zoals druk of temperatuur.

In het experiment van Sharoni, bij verhitting gaan de bestudeerde TMO's van de ene staat naar de andere, en hun eigenschappen ondergaan een verandering, beginnend in een klein gebied waar "eilanden" zich ontwikkelen en vervolgens groeien, en omgekeerd tijdens het afkoelen, vergelijkbaar met het naast elkaar bestaan ​​van ijs en water tijdens het smelten. Sharoni koelde zijn monsters terwijl de overgang bezig was, en onderzocht vervolgens wat er gebeurde toen ze werden opgewarmd. Hij ontdekte dat wanneer het opnieuw verwarmde metaaloxide het temperatuurpunt bereikte waarop opnieuw afgekoeld was, dat is, in de fase-coëxistentietoestand werd een toename in weerstand gemeten. En deze toename in weerstand werd waargenomen op elk verschillend punt waarop de koeling werd gestart. Dit voorheen onbekende en verrassende fenomeen toont de creatie van een "geheugen" aan.

Sharoni legt uit:"Als de temperatuurstijging wordt omgekeerd, en het monster wordt gekoeld in plaats van verwarmd, de richtingsverandering creëert een "litteken" waar er een fasegrens is tussen de geleidende en isolerende eilanden. De volgorde van de omkering van de helling "versleutelt" in de TMO een "geheugen" van de omkeringstemperatuur, wat zich uit in een verhoogde weerstand". het is mogelijk om meer dan één "geheugen" in dezelfde fysieke ruimte te creëren en op te slaan.

Sharoni vergelijkt het ontstaan ​​van een "litteken" met de beweging van golven aan de kust. Een golf snelt het strand op en als hij zich terugtrekt, laat hij een kleine zandheuvel achter op het verste punt dat hij bereikte. Wanneer de golf terugkeert, vertraagt ​​​​hij en remt hij wanneer hij het heuvelobstakel op zijn pad bereikt. Echter, als er een sterke golf volgt, het snelt over de heuvel en vernietigt het. evenzo, Sharoni ontdekte dat verdere verwarming van de TMO het mogelijk maakt om de overgang te voltooien en de gehavende grenzen te overschrijden, het "genezen" van de littekens en het onmiddellijk wissen van de herinnering. Koeling daarentegen wist ze niet.

Technologie en beveiliging

De resultaten van Sharoni's werk zullen een belangrijke impact hebben op aanvullend onderzoek, zowel experimenteel als theoretisch, en de eenvoud van het experimentele ontwerp zal andere groepen die relevante systemen bestuderen in staat stellen om soortgelijke metingen met gemak uit te voeren.

De multi-state aard van het geheugeneffect, waarbij meer dan één stuk informatie naast elkaar kan bestaan ​​in dezelfde ruimte, gebruikt kan worden voor geheugentechnologie. En hoewel verwijderde computergegevens niet veilig zijn en kunnen worden hersteld, althans gedeeltelijk, door getalenteerde hackers, de eigenschap "wis-bij-lezen" van dit systeem zou een onschatbare bijdrage kunnen leveren aan beveiligingstechnologieën.