Ele não está vivo e não tem estruturas que se aproximem da complexidade do cérebro, mas um composto chamado dióxido de vanádio é capaz de “lembrar” estímulos externos anteriores, descobriram os pesquisadores.
Esta é a primeira vez que essa habilidade foi identificada em um material; mas pode não ser o último. A descoberta tem algumas implicações bastante intrigantes para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos, em particular o processamento e armazenamento de dados.
“Aqui relatamos estados estruturais de longa duração acessíveis eletronicamente em dióxido de vanádio que podem fornecer um esquema para armazenamento e processamento de dados”, escreve uma equipe de pesquisadores liderada pelo engenheiro elétrico Mohammad Samizadeh Nikoo, da École Polytechnique Fédérale de Lausanne, na Suíça, em seu artigo.
“Esses dispositivos funcionais semelhantes a vidro podem superar a eletrônica convencional de óxido de metal semicondutor em termos de velocidade, consumo de energia e miniaturização, além de fornecer uma rota para computação neuromórfica e memórias multiníveis”.
O dióxido de vanádio (VO2) é um material que recentemente foi lançado como uma alternativa, ou complemento, ao silício como base para dispositivos eletrônicos, devido ao seu potencial para superar este último material como semicondutor.
Uma das propriedades mais intrigantes do VO 2 é que, abaixo de 68 graus Celsius (154,4 graus Fahrenheit), ele se comporta como um isolante – mas acima dessa temperatura crítica, ele muda abruptamente para um metal, com boa condutividade, mudança conhecida como transição metal-isolante.
Foi apenas recentemente, em 2018, que os cientistas descobriram o porquê: à medida que a temperatura aumenta, a maneira como os átomos se organizam em seu padrão de rede muda.
Quando a temperatura cai novamente, o material volta ao seu estado isolante original. Samizadeh Nikoo originalmente se propôs a investigar quanto tempo o VO 2 leva para fazer a transição do isolante para o metal e vice-versa, fazendo medições quando ele acionou o interruptor.
Foram essas medições que revelaram algo muito peculiar. Embora tenha retornado ao mesmo estado inicial, o VO 2 se comportou como se lembrasse de atividade recente.
Os experimentos envolveram a introdução de uma corrente elétrica no material, que percorreu um caminho preciso de um lado para o outro. Essa corrente aqueceu o VO 2, fazendo com que ele mudasse de estado – o já mencionado rearranjo da estrutura atômica. Quando a corrente foi removida, a estrutura atômica relaxou novamente.
Quando a corrente foi reaplicada, as coisas ficaram interessantes.
“O VO 2 parecia ‘lembrar’ a primeira transição de fase e antecipar a próxima”, explica o engenheiro elétrico Elison Matioli da EPFL. “Nós 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 nova: nenhum outro material se comporta dessa maneira.”
O trabalho da equipe revelou que o VO 2 armazenava algum tipo de informação sobre a corrente aplicada mais recentemente por pelo menos três horas. Na verdade, poderia ser significativamente mais longo – “mas atualmente não temos os instrumentos necessários para medir isso”, diz Matioli.
O interruptor é uma reminiscência do comportamento dos neurônios em um cérebro, que servem tanto como unidade de memória quanto como processador. Descrita como tecnologia neuromórfica, a computação baseada em um sistema similar pode ter uma vantagem real sobre os chips e placas de circuitos clássicos.
Como essa propriedade dupla é inata ao material, o VO 2 parece preencher todas as caixas da lista de desejos para dispositivos de memória: potencial para alta capacidade, alta velocidade e escalabilidade. Além disso, suas propriedades lhe dão uma vantagem sobre dispositivos de memória que codificam dados em formato binário controlado por estados elétricos.
“Relatamos dinâmicas semelhantes a vidro no VO 2 que podem ser excitadas em escalas de tempo abaixo de nanossegundos e monitoradas por várias ordens de magnitudes no tempo, de microssegundos a horas”, escrevem os pesquisadores .
“Nossos dispositivos funcionais podem, assim, potencialmente atender às demandas contínuas da eletrônica em termos de downscaling, operação rápida e diminuição do nível de fornecimento de tensão.”
A pesquisa foi publicada na Nature Electronics .
