瑞士：科研人員發(fā)現(xiàn)二氧化釩具有良好的記憶特性
能夠像大腦一樣“記住”以前外部刺激的整個歷史（圖片來源：POWERlab/2022 EPFL）
瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的研究人員發(fā)現(xiàn)，二氧化釩（VO2）是一種用于電子產(chǎn)品的化合物，能夠“記住”以前外部刺激的整個歷史。這是第一個被確定為具有這種特性的材料，盡管可能還有其他材料。
MOHAMMAD Samizadeh Nikoo是EPFL功率和寬帶隙電子研究實驗室（POWERlab）的博士生，他在研究VO2相變時偶然發(fā)現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)。他和他的同事在Nature Electronics的一篇論文中報告了他們的發(fā)現(xiàn)。
當在室溫下松弛時，VO2是絕緣的，但它在68°C下經(jīng)歷陡峭的絕緣體到金屬的轉(zhuǎn)變，其晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。不過，這種狀態(tài)不會持續(xù)很長時間：“材料在去除激發(fā)后立即恢復(fù)到絕緣狀態(tài)，”Nikoo說。
在他的論文中，Nikoo開始探索VO2從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)需要多長時間。但他的研究使他走上了一條不同的道路 - 在進行了數(shù)百次測量之后，他觀察到材料結(jié)構(gòu)中的記憶效應(yīng)。
在他的實驗中，Nikoo將電流施加到VO2的樣品上?！半娏鞔┻^材料，沿著一條路徑移動，直到它從另一側(cè)退出，”他解釋說。
當電流加熱樣品時，它導(dǎo)致VO2改變狀態(tài)。然后，一旦電流通過，材料就會恢復(fù)到其初始狀態(tài)。但是當Nikoo對材料施加第二個電流脈沖時，他發(fā)現(xiàn)改變狀態(tài)所需的時間與材料的歷史直接相關(guān)。
“VO2似乎'記得'第一階段的過渡，并預(yù)測下一個階段的過渡，”POWERlab負責人Elison Matioli說?！拔覀儧]想到會看到這種記憶效應(yīng)，它與電子狀態(tài)無關(guān)，而是與材料的物理結(jié)構(gòu)有關(guān)。這是一個新穎的發(fā)現(xiàn)：沒有其他材料以這種方式表現(xiàn)。
研究人員繼續(xù)發(fā)現(xiàn)，VO2能夠記住其最近的外部刺激長達三個小時?！坝洃浶?yīng)實際上可能會持續(xù)幾天，但我們目前還沒有測量所需的儀器，”Matioli說。
研究小組的發(fā)現(xiàn)很重要，因為他們觀察到的記憶效應(yīng)是材料本身的固有屬性。工程師依靠內(nèi)存來執(zhí)行各種計算，而通過提供更大的容量，速度和小型化來增強計算過程的材料需求量很大。VO2 勾選所有這三個框。更重要的是，其連續(xù)的結(jié)構(gòu)存儲器使其與傳統(tǒng)材料區(qū)分開來，這些材料將數(shù)據(jù)存儲為依賴于電子狀態(tài)操縱的二進制信息。
研究人員進行了大量測量以得出他們的發(fā)現(xiàn)。他們還通過將新方法應(yīng)用于全球其他實驗室的不同材料來證實他們的結(jié)果。這一發(fā)現(xiàn)很好地復(fù)制了大腦中發(fā)生的事情，因為VO2開關(guān)可以像神經(jīng)元一樣起作用。
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