Ученые обнаружили экзотический материал, который обучается так же, как мозг

Ученые из EPFL разработали соединение, которое запоминает историю предыдущих внешних раздражителей. При релаксации при комнатной температуре диоксид ванадия (VO2) имеет изолирующую фазу, а при нагревании до 68 градусов Цельсия претерпевает крутой переход от изолятора к металлу. В 2018 году ученые выяснили, почему: структура решетки атомов меняется при повышении температуры.

В конце концов, материал возвращается в исходное состояние изоляции при падении температуры.

Как нейроны

По мнению исследователей, соединение диоксида ванадия не имеет живых клеток и структуры, даже близкой к структуре мозга, но «помнит» прошлые внешние раздражители.

Согласно классической теории VO2, материал немедленно возвращается в свое изолирующее состояние после снятия возбуждения. Исследователи хотели узнать, сколько времени требуется VO2, чтобы изменить свое состояние. Эффект памяти был обнаружен в структуре материала после множества измерений, что изменило ход их исследований.

Образец VO2 был электрически заряжен учеными.

Мохаммад Самизаде Нику, доктор философии. студент EPFL Power and Wide-band-gap Лаборатория исследований электроники (PowerLab)объяснил, что «ток двигался по материалу, следуя пути, пока не вышел на другой стороне».

Состояние VO2 в образце изменялось в результате нагрева образца током. Через некоторое время материал вернулся в то состояние, в котором он был до прохождения тока.

В этом эксперименте ученые применили к материалу второй импульс тока и обнаружили, что время, необходимое для изменения состояния материала, напрямую связано с его историей.

По словам профессора Элисон Матиоли, VO2 «вспомнил» первый фазовый переход и ожидал следующего. Подобного эффекта памяти не ожидалось, и он не имеет ничего общего с электронными состояниями, а скорее с физической структурой материала.

Странный материал

«Это новое открытие: ни один другой материал не ведет себя так», — сказал профессор Матиоли.

В ходе исследований ученые обнаружили, что VO2 может сохранять информацию до трех часов после воздействия внешних раздражителей. Может существовать эффект долговременной памяти, но ученые пока не могут его измерить.

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

Поскольку этот эффект памяти наблюдался в самом материале, это чрезвычайно важное открытие.

Память используется инженерами для выполнения вычислений, а материалы с повышенной емкостью, скоростью и компактностью могут повысить производительность вычислений. Это все критерии, которым соответствует VO2. Постоянная структурная память еще больше отличает его от обычных материалов, которые хранят двоичную информацию в зависимости от изменений электрического состояния.

В результате изучения исследователи пришли к выводу, что переключатели VO2 ведут себя очень похоже на нейроны в мозге, где память и обработка данных объединены в одно целое, идеально имитируя их поведение.