Vanadium Dioxide

Investigadores descubren un material con capacidades de aprendizaje similares a las del cerebro


Dióxido de vanadio (VO2), un compuesto capaz de “recordar” toda la historia de estímulos externos previos. Crédito: POWERlab / 2022 EPFL

El dióxido de vanadio tiene la capacidad de “recordar” toda la historia de los estímulos ambientales pasados.

Durante su investigación sobre las transiciones de fase en el dióxido de vanadio (VO2), Mohammad Samizadeh Nikoo, Ph.D. estudiante del Laboratorio de Investigación de Energía y Electrónica de Banda Ancha (POWERlab) de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), hizo un hallazgo inesperado. Cuando se relaja a temperatura ambiente, el VO2 tiene una fase aislante y experimenta una fuerte transición de aislante a metal a 68 °C, donde cambia su estructura reticular.

Según Samizadeh Nikoo, VO2 tiene una memoria volátil: “el material vuelve al estado aislante inmediatamente después de eliminar la excitación”. Se dispuso a encontrar cuánto tiempo le toma a VO2 cambiar de un estado a otro para su tesis. Sin embargo, su investigación tomó un rumbo diferente: después de recopilar cientos de medidas, descubrió un efecto de memoria en la estructura del material.

Un hallazgo inesperado

En sus experimentos, Samizadeh Nikoo administró una corriente eléctrica a un VO2 muestra. “La corriente se movió a través del material, siguiendo un camino hasta salir por el otro lado”, explica. El VO2 cambió de estado a medida que la corriente calentaba la muestra. Después de que la corriente se hubo ido, el material volvió a su estado original. Samizadeh Nikoo luego entregó un segundo pulso de corriente al material y descubrió que el tiempo que tardaba en cambiar de estado estaba estrechamente relacionado con la historia del material.

“El VO2 parecía ‘recordar’ la transición de la primera fase y anticipar la siguiente”, explica el profesor Elison Matioli, director del POWERlab. “No esperábamos ver este tipo de efecto de memoria, y no tiene nada que ver con los estados electrónicos sino con la estructura física del material. Es un descubrimiento novedoso: ningún otro material se comporta de esta manera”.

Un recuerdo de hasta tres horas

Los investigadores descubrieron que VO2 puede recordar su estímulo externo más reciente hasta por tres horas. “De hecho, el efecto memoria podría persistir durante varios días, pero actualmente no tenemos los instrumentos necesarios para medirlo”, dice Matioli.

El hallazgo realizado por el equipo de estudio es significativo ya que el efecto memoria identificado es una propiedad innata del propio material. Los ingenieros dependen de la memoria para completar varios cálculos, y los materiales que pueden mejorar el proceso de cálculo al aumentar la capacidad, la velocidad y la miniaturización tienen una gran demanda. VO2 marca las tres casillas. Además, su memoria estructural continua lo distingue de los materiales típicos que almacenan datos como información binaria dependiendo de la manipulación de los estados eléctricos.

Los investigadores realizaron una serie de mediciones para llegar a sus conclusiones. También confirmaron sus resultados aplicando el nuevo método a diferentes materiales en otros laboratorios de todo el mundo. Este descubrimiento replica bien lo que sucede en el cerebro, ya que los interruptores de VO2 actúan como neuronas.

Referencia: “Control eléctrico de la dinámica similar al vidrio en dióxido de vanadio para el almacenamiento y procesamiento de datos” por Mohammad Samizadeh Nikoo, Reza Soleimanzadeh, Anna Krammer, Guilherme Migliato Marega, Yunkyu Park, Junwoo Son, Andreas Schueler, Andras Kis, Philip JW Moll, y Elison Matioli, 22 de agosto de 2022, Naturaleza Electrónica.
DOI: 10.1038/s41928-022-00812-z

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