Gli scienziati dell’EPFL hanno scoperto che l’ossido di vanadio (VO2), un materiale utilizzato in elettronica, ha la capacità di ricordare l’intera storia degli stimoli ricevuti. Questo è il primo materiale ad essere identificato come tale, ma potrebbero essercene altri.
Questa scoperta è stata fatta per caso. Mohammad Samizadeh Nikoo, dottorando presso il Power Semiconductor Devices Laboratory (POWERlab), voleva studiare la transizione dell’ossido di vanadio (VO2). In assenza di sollecitazioni e a temperatura ambiente, presenta una fase isolante. Se posto sotto tensione e a 68 gradi Celsius, si trasforma in un metallo. Classicamente, l’ossido di vanadio ha una memoria volatile: "Il materiale torna al suo stato isolante subito dopo la disattivazione degli stimoli elettrici", spiega lo scienziato.
L’obiettivo della tesi era osservare il tempo necessario a questo materiale per passare da uno stato all’altro. Ma la sua ricerca lo ha portato a un obiettivo diverso. Attraverso diverse centinaia di misurazioni e vari calcoli, lo scienziato si è reso conto che l’ossido di vanadio ha una lunga memoria legata alla sua struttura.
Un ricordo inaspettato
Per i suoi esperimenti, Mohammad Samizadeh Nikoo ha inviato una corrente elettrica attraverso un pezzo di ossido di vanadio. "Un impulso elettrico passa attraverso il materiale e continua il suo percorso fino all’uscita", spiega lo scienziato. Durante questo passaggio, il materiale subisce la sua trasformazione mentre la corrente lo riscalda, per poi tornare allo stato originale una volta passata la corrente. I ricercatori hanno scoperto che il tempo necessario all’ossido di vanadio per cambiare costituzione dopo la seconda corrente elettrica applicata è direttamente correlato alla storia degli stimoli. "Ricorda l’ultima transizione e anticipa la prossima. Si tratta di un effetto memoria inaspettato. Questo non è legato agli stati elettronici, ma alla struttura fisica del materiale. Si tratta di una novità dal punto di vista scientifico, perché nessun altro materiale si comporta in questo modo", spiega Elison Matioli, professore e direttore del laboratorio.
Fino a tre ore di memoria
Gli scienziati hanno potuto verificare che il materiale ricorda l’ultimo stimolo ricevuto fino a tre ore. "Se ricorda così a distanza di tempo, è possibile affermare che questa memoria può durare per diversi giorni, ma al momento non abbiamo gli strumenti di misura necessari per dimostrarlo", spiega Elison Matioli.
Perché questa scoperta è così importante - In questa situazione, la memoria è una proprietà del materiale stesso. In qualsiasi tipo di calcolo, gli ingegneri utilizzano una memoria. Oggi vogliono che siano ad alta capacità, veloci e di dimensioni ridotte. L’ossido di vanadio soddisfa tutte e tre le esigenze. Inoltre, la sua memoria è strutturale e continua, non elettronica e binaria, a differenza delle memorie convenzionali.
Per arrivare ai risultati, gli scienziati hanno dovuto effettuare un gran numero di misurazioni. Hanno inoltre applicato le loro nuove tecniche di misurazione a diversi materiali provenienti da altri laboratori di tutto il mondo per convalidare i loro risultati. Questa scoperta imita da vicino ciò che può accadere nel cervello, poiché gli "interruttori" di ossido di vanadio agiscono come i neuroni.
Riferimenti
M. Samizadeh Nikoo, R. Soleimanzadeh, A. Krammer, G. Migliato Marega, Y. Park, J. Son, A. Schueler, A. Kis, P. Moll, e E. Matioli, Electrical Control of Glass-like Dynamics in Vanadium Dioxide for Data Storage and Processing, Nature Electronics, 2022.
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