Pesquisadores descobrem um material com cérebro

Por Escola Politécnica Federal de Lausanne, 5 de setembro de 2022

Dióxido de Vanádio (VO2), um composto capaz de "lembrar" toda a história de estímulos externos anteriores. Crédito: POWERlab / 2022EPFL

Durante sua pesquisa sobre transições de fase em dióxido de vanádio (VO2), Mohammad Samizadeh Nikoo, Ph.D. Um estudante do Laboratório de Pesquisa em Eletrônica de Energia e Gap de Banda Larga (POWERlab) da Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) fez uma descoberta inesperada. Quando relaxado à temperatura ambiente, o VO2 tem uma fase isolante e experimenta uma transição aguda de isolante para metal a 68 °C (154 °F), onde sua estrutura de rede muda.

Segundo Samizadeh Nikoo, o VO2 tem uma memória volátil: "o material volta ao estado isolante logo após a remoção da excitação". Ele decidiu descobrir quanto tempo leva para o VO2 mudar de um estado para outro para sua tese. No entanto, sua investigação tomou um rumo diferente: após coletar centenas de medições, ele descobriu um efeito de memória na estrutura do material.

Em seus experimentos, Samizadeh Nikoo administrou uma corrente elétrica a uma amostra de VO2. “A corrente se movia pelo material, seguindo um caminho até sair do outro lado”, explica. O VO2 mudou de estado conforme a corrente aquecia a amostra. Depois que a corrente passou, o material voltou ao seu estado original. Samizadeh Nikoo então entregou um segundo pulso de corrente ao material e descobriu que o tempo que levava para mudar de estado estava intimamente relacionado à história do material.

"O VO2 parecia 'lembrar' a primeira transição de fase e antecipar a próxima", explica o professor Elison Matioli, que dirige o POWERlab. "Não esperávamos ver esse tipo de efeito de memória, e não tem nada a ver com estados eletrônicos, mas sim com a estrutura física do material. É uma descoberta inovadora: nenhum outro material se comporta dessa maneira."

Os pesquisadores descobriram que o VO2 pode recordar seu estímulo externo mais recente por até três horas. “O efeito memória pode, de fato, persistir por vários dias, mas atualmente não temos os instrumentos necessários para medi-lo”, diz Matioli.

A descoberta feita pela equipe de estudo é significativa, pois o efeito de memória identificado é uma propriedade inata do próprio material. Os engenheiros dependem da memória para concluir vários cálculos, e os materiais que podem melhorar o processo de cálculo aumentando a capacidade, a velocidade e a miniaturização estão em alta demanda. O VO2 verifica todas essas três caixas. Além disso, sua memória estrutural contínua o distingue de materiais típicos que armazenam dados como informações binárias dependendo da manipulação de estados elétricos.

Os pesquisadores realizaram uma série de medições para chegar a suas conclusões. Eles também confirmaram seus resultados aplicando o novo método a diferentes materiais em outros laboratórios ao redor do mundo. Essa descoberta replica bem o que acontece no cérebro, já que os interruptores de VO2 agem como neurônios.

Referência: "Controle elétrico da dinâmica semelhante ao vidro em dióxido de vanádio para armazenamento e processamento de dados" por Mohammad Samizadeh Nikoo, Reza Soleimanzadeh, Anna Krammer, Guilherme Migliato Marega, Yunkyu Park, Junwoo Son, Andreas Schueler, Andras Kis, Philip JW Moll, e Elison Matioli, 22 de agosto de 2022, Nature Electronics.DOI: 10.1038/s41928-022-00812-z