Открыт искусственный материал, способный обучаться подобно мозгу

Диоксид ванадия (VO2) (соединение, используемое в электронике) способен «запоминать» всю историю предыдущих внешних воздействий. Это первый материал, обладающий таким свойством, хотя ученые не исключают существование и других. Научная статья вышла в журнале Nature Electronics, о ней рассказали в Федеральной политехнической школе Лозанны (Швейцария).

Мохаммад Самизаде Нику, аспирант Исследовательской лаборатории силовой и широкозонной электроники, сделал случайное открытие во время исследования фазовых переходов в диоксиде ванадия. VO2 имеет изолирующую фазу при комнатной температуре резко превращается из изолятора в металл при 68 °C, когда структура его решетки изменяется. Считалось, что VO2 обладает энергозависимой памятью: «материал возвращается обратно в изолирующее состояние сразу после снятия возбуждения (понижения температуры)», — говорит Самизаде Нику.

В своей диссертации он намеревался выяснить, сколько времени требуется VO2 для перехода из одного состояния в другое. Но исследования повели его по другому пути: после проведения сотен измерений он обнаружил в структуре материала эффект памяти.

Во время экспериментов Самизаде Нику подавал электрический ток на VO2.

«Ток двигался по материалу, следуя по пути, пока не вышел на другой стороне», — объясняет исследователь.

Поскольку ток нагревал образец, это приводило к изменению состояния VO2. И как только ток прошел, материал вернулся в исходное состояние. Затем Самизаде Нику применил к материалу второй импульс тока и увидел, что время, необходимое для изменения состояния, напрямую связано с историей материала.

«Казалось, что он "помнит" первый фазовый переход и предвидит следующий. Мы не ожидали увидеть такой эффект памяти, и он не имеет ничего общего с электронными состояниями, а скорее с физической структурой материала. Ни один другой материал не ведет себя подобным образом», — объясняет профессор Элисон Матиоли, руководитель лаборатории.

Далее исследователи обнаружили, что VO2 способен помнить свой последний «раздражитель» до трех часов.

«Эффект памяти на самом деле может сохраняться в течение нескольких дней, но в настоящее время у нас нет инструментов, необходимых для его измерения», — говорит Матиоли.

Открытие важно, потому что наблюдаемый эффект памяти является изначальным свойством самого материала. Инженеры полагаются на память для выполнения всех видов вычислений, и материалы, которые могли бы улучшить процесс вычислений, предлагая большую емкость, скорость и миниатюризацию, пользуются большим спросом. VO2 отвечает всем трем требованиям. Более того, его непрерывная структурная память отличает его от обычных материалов, которые хранят данные в виде двоичной информации, зависящей от манипулирования электронными состояниями. Открытие хорошо воспроизводит то, что происходит в мозгу, поскольку переключатели VO2 действуют точно так же, как нейроны.