کشف ماده‌ای که مانند مغز حافظه دارد!

محمد سمیع‌زاده نیکو(Mohammad Samizadeh Nikoo) ، دانشجوی دکتری در آزمایشگاه تحقیقاتی الکترونیک قدرت و شکاف گسترده(POWERlab) دانشگاه فدرال لوزان، در طول تحقیقات خود در مورد انتقال فاز وانادیم دی‌اکسید(VO۲) به کشفی تصادفی دست یافت. زمانی که وانادیم دی‌اکسید در دمای اتاق قرار می‌گیرد، حالت عایق دارد و در دمای ۶۸ درجه سانتیگراد از فاز عایق به فاز فلزی در می‌آید و ساختار شبکه‌ای آن تغییر می‌کند.

سمیع زاده نیکو می‌گوید: وانادیم دی‌اکسید ویژگی‌های یک حافظه فرار را از خود نشان می‌دهد: این ماده بلافاصله پس از حذف محرک به حالت عایق خود باز می‌گردد. سمیع‌زاده نیکو برای پایان نامه خود، تصمیم گرفت کشف کند که چقدر طول می‌کشد تا وانادیم دی‌اکسید از حالتی به حالت دیگر منتقل شود. اما این تحقیقات، او را به سوی کشف دیگری هدایت کرد. پس از انجام صدها اندازه گیری، او اثر حافظه را در ساختار این ماده مشاهده کرد.

یک کشف غیرمنتظره

سمیع زاده نیکو در آزمایشات خود جریان الکتریکی را بر نمونه‌ای از وانادیم دی‌اکسید اعمال کرد. او توضیح می‌دهد: جریان در سراسر مواد حرکت و مسیری را دنبال کرد تا اینکه از طرف دیگر خارج شد. همانطور که جریان نمونه را گرم می‌کند، باعث تغییر حالت آن می‌شود. ماده پس از گذشتن جریان، به حالت اولیه خود بازگشت.

او سپس یک جریان دوم را روی این ماده اعمال کرد و مشاهده کرد که زمان تغییر حالت آن به طور مستقیم با تاریخچه آن مرتبط است. پروفسور الیسون ماتیولی(Elison Matioli)، رئیس آزمایشگاه تحقیقاتی الکترونیک قدرت و شکاف گسترده توضیح می‌دهد: به نظر می‌رسید وانادیم دی‌اکسید، انتقال فاز اولیه خود را به یاد می‌آورد و مرحله بعدی را پیش‌بینی می‌کند. ما انتظار نداشتیم این نوع اثر حافظه را ببینیم، و این ربطی به حالت‌های الکترونیکی ندارد، بلکه به ساختار فیزیکی مواد مربوط می‌شود. این یک کشف جدید است: هیچ ماده دیگری به این شکل رفتار نمی‌کند.

یادآوری تا سه ساعت

محققان در ادامه دریافتند که وانادیم دی‌اکسید قادر است تعامل با آخرین محرک خارجی را تا سه ساعت به خاطر بسپارد. ماتیولی می‌گوید: اثر حافظه در واقع می‌تواند برای چند روز باقی بماند، اما ما در حال حاضر ابزار لازم برای اندازه‌گیری آن را نداریم.

کشف این گروه تحقیقاتی از این جهت اهمیت دارد که اثر حافظه‌ای که آنها مشاهده کردند یک ویژگی ذاتی متعلق به خود ماده است.

مهندسان برای انجام انواع محاسبات بر حافظه متکی هستند و موادی که می‌توانند فرآیند محاسبات را با ارائه ظرفیت و سرعت بیشتر در اندازه کوچک‌تر بهبود بخشند، تقاضای زیادی دارند. وانادیم دی‌اکسید هر سه این موارد را شامل می‌شود. علاوه بر این، حافظه ساختاری و پیوسته آن، آن را از مواد معمولی که داده‌ها را به عنوان اطلاعات باینری و وابسته به دستکاری حالت‌های الکترونیکی ذخیره می‌کنند، متمایز می‌کند.

محققان برای رسیدن به این نتایج، اندازه‌گیری‌های زیادی انجام دادند. این کشف به خوبی آنچه در مغز اتفاق می‌افتد را شبیه‌سازی می‌کند، زیرا تغییرات واندیم دی‌اکسید درست مانند نورون‌ها عمل می‌کنند.