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。

在他的實驗中，Nikoo將電流施加到VO2的樣品上。“電流穿過材料，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，它導致VO2改變狀態(tài)。然后，一旦電流通過，材料就會恢復到其初始狀態(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，并預測下一個階段的過渡，”POWERlab負責人Elison Matioli說。“我們沒想到會看到這種記憶效應，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獙嶋H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。