研究者が脳で物質を発見

ローザンヌ連邦工科大学 2022 年 9 月 5 日

二酸化バナジウム (VO2) は、以前の外部刺激の履歴全体を「記憶」できる化合物です。 クレジット: POWERlab / 2022 EPFL

二酸化バナジウム (VO2) の相転移に関する研究中に、博士号を取得した Mohammad Samizadeh Nikoo 氏は、 ローザンヌ連邦工科大学（EPFL）の電力およびワイドバンドギャップエレクトロニクス研究所（POWERlab）の学生である彼は、予期せぬ発見をしました。 室温で緩和すると、VO2 は絶縁相を持ち、68 °C (154 °F) で絶縁体から金属への急激な転移が起こり、そこで格子構造が変化します。

Samizadeh Nikoo 氏によると、VO2 には揮発性の記憶があり、「励起を取り除くとすぐに物質は絶縁状態に戻る」そうです。 彼は論文のために、VO2 がある状態から別の状態に変化するのにどれくらいの時間がかかるかを調べ始めました。 しかし、彼の研究は別の方向へ進みました。何百もの測定値を収集した後、材料の構造に記憶効果があることを発見しました。

サミザデ・ニコオ氏は実験で、VO2 サンプルに電流を流しました。 「電流は材料を横切って移動し、反対側に出るまで経路をたどりました」と彼は説明します。 電流がサンプルを加熱すると、VO2 の状態が変化しました。 電流が消えると、材料は元の状態に戻りました。 その後、Samizadeh Nikoo は 2 回目の電流パルスを材料に供給し、状態が変化するのにかかる時間が材料の歴史と密接に関係していることを発見しました。

「VO2は最初の相転移を『記憶』し、次の相転移を予測しているようでした」とPOWERlabを率いるエリソン・マティオリ教授は説明する。 「この種のメモリー効果が見られるとは予想していませんでした。また、これは電子状態とは関係なく、むしろ物質の物理的構造と関係しています。これは新しい発見です。他の物質はこのように動作しません。」

研究者らは、VO2 が最新の外部刺激を最大 3 時間まで記憶している可能性があることを発見しました。 「実際、記憶効果は数日間続く可能性がありますが、現時点ではそれを測定するために必要な機器がありません」とマティオリ氏は言う。

同定された記憶効果は素材自体の固有の特性であるため、研究チームによって得られた発見は重要です。 エンジニアはさまざまな計算を完了するためにメモリに依存しており、容量の増加、速度の向上、小型化によって計算プロセスを改善できる材料の需要が高まっています。 VO2 は、これら 3 つのボックスすべてにチェックを入れます。 さらに、その連続的な構造記憶により、電気的状態の操作に応じてデータをバイナリ情報として保存する一般的な材料とは区別されます。

研究者らは結論に達するために多くの測定を実行しました。 彼らはまた、この新しい方法を世界中の他の研究所のさまざまな材料に適用して結果を確認しました。 VO2 スイッチはニューロンと同じように機能するため、この発見は脳内で起こっていることをよく再現しています。

参考文献: 「データの保存と処理のための二酸化バナジウムにおけるガラス様ダイナミクスの電気的制御」Mohammad Samizadeh Nikoo、Reza Soleimanzadeh、Anna Krammer、Guilherme Migliato Marega、Yunky Park、Junwoo Son、Andreas Schueler、Andras Kis、Philip JW Moll、および Elison Matioli、2022 年 8 月 22 日、Nature Electronics.DOI: 10.1038/s41928-022-00812-z