Materiaali oppii kuin aivot

24.08.2022

EPFL-materiaali-oppii-kuin-aivot-250-t.jpgEPFL:n tutkijat ovat havainneet, että Vanadium Dioksidi (VO2), elektroniikassa käytetty yhdiste, pystyy "muistamaan" koko aikaisempien ulkoisten ärsykkeiden historian. Tämä on ensimmäinen materiaali, jolla on tunnistettu tämä ominaisuus, vaikka muitakin voisi olla.

Tohtoriopiskelija Mohammad Samizadeh Nikoo teki sattumanvaraisen löydön tutkiessaan vanadiumdioksidin faasisiirtymiä. VO2:lla on eristävä vaihe, kun se relaksoidaan huoneenlämmössä ja se käy läpi jyrkän eriste-metalli -siirtymän 68 °C:ssa, jossa sen hilarakenne muuttuu.

Klassisesti VO2:lla on haihtuva muisti: "materiaali palautuu takaisin eristävään tilaan heti herätteen poistamisen jälkeen", Samizadeh Nikoo toteaa.

Väitöskirjaansa varten hän päätti selvittää, kuinka kauan VO2:n siirtyminen tilasta toiseen kestää. Mutta hänen tutkimuksensa johdatti hänet eri polulle: suoritettuaan satoja mittauksia hän havaitsi muistivaikutuksen materiaalin rakenteessa.

Kokeissaan Samizadeh Nikoo käytti sähkövirtaa VO2-näytteeseen. "Virta liikkui materiaalin poikki seuraten polkua, kunnes se poistui toiselta puolelta", hän selittää. Kun virta lämmitti näytettä, se sai VO2:n tilan muuttumaan. Ja kun virta oli ohi, materiaali palasi alkuperäiseen tilaansa.

Sitten Nikoo asetti materiaaliin toisen virtapulssin ja näki, että tilan vaihtamiseen kulunut aika liittyi suoraan materiaalin historiaan. "VO2 tuntui "muistavan" ensimmäisen vaiheen siirtymän ja ennakoivan seuraavaa", selittää POWERlabin johtaja professori Elison Matioli.

”Emme odottaneet näkevämme tällaista muistiefektiä, eikä sillä ole mitään tekemistä elektronisten tilojen vaan materiaalin fyysisen rakenteen kanssa. Se on uusi löytö: mikään muu materiaali ei toimi tällä tavalla."

Tutkijat havaitsivat, että VO2 pystyy muistamaan viimeisimmän ulkoisen ärsykkeensä jopa kolmen tunnin ajan. "Muistivaikutus voi itse asiassa säilyä useita päiviä, mutta meillä ei tällä hetkellä ole tarvittavia laitteita sen mittaamiseen", Matioli sanoo.

Tutkijaryhmän löytö on tärkeä, koska heidän havaitsemansa muistiefekti on itse materiaalin luontainen ominaisuus. Näin se erottuu tavanomaisista materiaaleista, jotka tallentavat dataa binääritietona, joka riippuu elektronisten tilojen manipuloinnista.

Tutkijoiden mukaan löytö toistaa hyvin sen mitä aivoissa tapahtuu, koska VO2-kytkimet toimivat aivan kuten neuronit.

Tutkimusraportti: Electrical control of glass-like dynamics in vanadium dioxide for data storage and processing

Sen loppupäätelmissä tutkijat toteavat: Nämä lasimaiset toiminnalliset laitteet voisivat ylittää tavanomaisen metallioksidi –puolijohde-elektroniikan nopeuden, energiankulutuksen ja miniatyrisoinnin suhteen sekä tarjota reitin neuromorfiseen laskemiseen ja monitasoisiin muisteihin.

Aiheesta aiemmin:

Aivomaista tietotekniikkaa

Aivomainen transistoripiiri

24.11.2023Vangita elektroneja 3D-kiteeseen
23.11.2023Pikofotoniikan synty: Kohti aikakidemateriaaleja
22.11.2023Veden ja ilman välinen akustinen viestintä
21.11.2023Uusia kubittiratkaisuja
20.11.2023Erittäin nopeat laserit erittäin pienillä siruilla
18.11.2023Grafeenia, fotosynteesiä ja tekoälyä vihreään energiantuotantoon
17.11.2023Parempaa energiatehokkuutta tietojenkäsittelyyn
16.11.2023Kommunikointia tyhjyyden kanssa
15.11.2023Metamolekyylisen metamateriaalin valmistus
14.11.2023Läpi ahtaankin raon
13.11.2023Outo magneettinen materiaali voi tehdä laskennasta energiatehokasta
11.11.2023Sähköä molekyylien ja ionien tasolta
11.11.2023Neuroverkkoja optisesti ja kvanttihybridinä
09.11.2023Viisi kerrosta grafeenia
08.11.2023Lämmönsiirron hallintaa transistorilla
07.11.2023Metamateriaali yhdistää katkenneet hermot
06.11.2023Valoa valolla ohjaten
04.11.2023Hiilidioksidia polttoaineeksi tehokkaasti
03.11.20233D-tulostustekniikkaa kvanttiantureille
03.11.2023Magnetismia ei-magneettisissa materiaaleissa
02.11.2023Energiatehokas tekoälysiru
01.11.2023Ferrosähköisyyttä piin kanssa ja yhdellä alkuaineella
31.10.2023Magneettisten aaltojen hallinta suprajohteilla
30.10.2023Vakautta ja tehokkuutta perovskiittiaurinkokennoille
28.10.20233D-tulostettu reaktorisydän aurinkopolttoaineille
27.10.2023Tekoälyä kolmiulotteisella datalla
26.10.2023Kvantti-ilmiön sähköinen ohjaus
25.10.2023Verkkoliitäntä kvanttitietokoneille ja radiospektrin kattava ilmaisin
24.10.2023Fotonikiteet taivuttavat valoa aivan kuin painovoima
23.10.2023Nanorakenteet tehostavat litium-rikki akkuja
21.10.2023Vetyä tankaten
20.10.2023Harppaus hiilinanoputkia pidemmälle
19.10.2023Suprajohtava niobium-aaltoputki
19.10.2023Ruoste ja topologia tehostavat magnetismia
17.10.2023Virheiden osoittaminen tehostaa kvanttilaskentaa
16.10.2023Pyrosähköä viruksista
16.10.2023Uusi kubittialusta luodaan atomi kerrallaan
12.10.2023Kvasikiteitä ja ultralaajakaistaista kuvausta
11.10.2023Kontakteja ja seostusta grafeeninanonauhoihin
10.10.2023Magneettinen heterorakenne nopeuttaa tietotekniikkaa
09.10.2023Mullistava väriteknologia ja aurinkoenergia
06.10.2023Timanteista kvanttisimulaattoreita
05.10.2023Kultaa ja perovskiittiä
04.10.2023Tehokkaampaa koulutusta tekoälylle
03.10.2023Lämpötilakuvausta aineen sisältä
02.10.2023Femtosekunnin laseri lasista
29.09.2023Tavoitteena parempia kubitteja
28.09.2023Suola ja kulta tuottavat sähköä
27.09.2023Laaksotroniikka lämpenee
26.09.2023Tekoälyä monisensorisella integroidulla neuronilla
25.09.2023Magneetteja huonelämpöiseen kvanttilaskentaan
23.09.2023Lupaavia vedyn tuotannon tapoja
23.09.2023Kvanttipotentiaalin vapauttaminen monipuolisilla kvanttitiloilla
21.09.2023Terahertsiaaltoja helpommin
20.09.2023Espoosta voi ostaa kvanttitietokoneen
19.09.2023Kvanttianturien tarkkuutta voi edelleen parantaa
18.09.2023Kaksiulotteisia fettejä piikiekolle
16.09.2023Grafeenia, vihreää energiaa ja materiaaleja
15.09.2023Infrapunavaloa kvanttipisteistä
14.09.2023Kohti täydellisiä optisia resonaattoreita
13.09.2023Pidemmän kantaman vedenalaista viestintää
12.09.2023Pisara-akku tasoittaa tietä biointegroinnille
11.09.2023Atomisen tarkkoja antikvanttipisteitä
08.09.2023Outo metalli on nyt vähemmän outo
07.09.2023Yhtä aikaa analoginen ja digitaalinen
06.09.2023Fotoni kuljettaa ja koodaa kvantti-informaatiota
05.09.2023Parempi kyberturvallisuus uudella materiaalilla
04.09.2023Miten valo toimii? Kysy mekaanikolta
01.09.2023Spinin kytkentää kvanttimateriaalissa huonelämpötilassa
31.08.2023Kuditit antavat välähdyksen kvanttitulevaisuudesta
30.08.2023Ledejä piirtäen ja vaihtoehto orgaanisille ledeille
29.08.2023Ioniansoja, fermionprosessori ja kvanttihybridimekaniikkaa
28.08.2023Grafeenin ominaisuuksia grafiittiin
26.08.2023Tehokas fotoreaktori ja kestävä polttokennoarkkitehtuuri
25.08.2023Pienenergian keruuta grafeenin värähtelystä
24.08.2023Valoa magneetin sisään
23.08.2023Hiilipohjaista kvanttitekniikkaa
22.08.2023Kohti vikasietoisia kubitteja
21.08.2023Kaksiulotteinen aaltojohde valolle
19.08.2023Aurinkokenno toimii kuin kasvin lehti
18.08.2023Seuraava askel neuromorfista laskentaa
17.08.2023Suprajohteita vaikka atomi kerrallaan
16.08.2023Nanoledejä ja kvanttivalosauvoja
15.08.2023Q-piin löytö tuo lisäpotkua kvanttilaskennalle
14.08.2023Ferrosähkömateriaali voisi antaa roboteille lihakset
12.08.2023Anturointia solujen tasolla
11.08.2023Tutka tehostuu kvanttisesti ja interferenssillä
10.08.2023Kesän aikana käännettyä
09.08.2023Uudenlaiset anioneja johtavat kalvot elektrolyysille
08.08.2023Eeroq ja 2000 kubitin prosessori
07.08.2023Datansiirtoa useilla valon väreillä yhdellä laserilla
05.08.2023Lämpöavusteinen havaitseminen eli HADAR
05.08.2023Langatonta energiansiirtoa etäämmälle
03.08.2023Atomikubitteja ja sukkuloivia ioneja
02.08.2023Ferrosähköinen transistori muistaa ja laskee
01.08.2023Muistissa toimivaa langatonta laskentaa
26.07.2023Mikroaaltoisolaattori vaikkapa kvanttitietokoneille
21.07.2023Transistoreita uusille piiriarkkitehtuureille
14.07.2023Askel kohti mekaanisten kubittien toteuttamista
07.07.2023Tehokkaampaa värähtelyenergian talteenottoa

Näytä lisää »