Material revolucionário surpreende cientistas por ter memória

 Não está vivo e não tem qualquer tipo de estruturas que se aproximem sequer da complexidade do cérebro, mas um composto chamado dióxido de vanádio tem a capacidade de ‘recordar’ estímulos externos anteriores, dizem os investigadores.

Esta é a primeira vez que esta capacidade foi identificada num material, mas pode não ser a última. A descoberta tem algumas implicações bastante intrigantes para o desenvolvimento de dispositivos eletrónicos, em particular o processamento e armazenamento de dados.

“Aqui verificamos estados estruturais de vida eletronicamente acessíveis em dióxido de vanádio que podem fornecer um esquema de armazenamento e processamento de dados”, aponta uma equipa de investigadores liderada pelo engenheiro elétrico Mohammad Samizadeh Nikoo da École Polytechnique Fédérale de Lausanne, na Suíça.

“Estes dispositivos funcionais semelhantes ao vidro poderão superar a eletrónica convencional metal-oxido-semicondutor em termos de velocidade, consumo de energia e miniaturização, bem como fornecer uma via para o cálculo neuromórfico e memórias multiníveis”.

O dióxido de vanádio (VO2) é um material que foi recentemente flutuado como uma alternativa, ou complemento, ao silício como base para dispositivos electrónicos, devido ao seu potencial para superar este último material como semicondutor. Uma das propriedades mais intrigantes do VO2 é que, abaixo dos 68.º Celsius, comporta-se como isolador — mas acima dessa temperatura crítica, muda abruptamente para um metal, com boa condutividade, uma mudança conhecida como transição metal-isolador.

Foi apenas recentemente, em 2018, que os cientistas descobriram porquê: à medida que a temperatura sobe, a forma como os átomos se organizam na sua malha muda. Quando a temperatura desce, o material volta ao seu estado original de isolador. Samizadeh Nikoo começou por investigar quanto tempo leva o VO2 a passar de isolador para metal, e vice-versa, fazendo medições à medida que acionava a mudança.

Foram estas medições que revelaram algo muito peculiar. Embora tenha regressado ao mesmo estado inicial, o VO2 comportou-se como se se lembrasse de atividade recente. As experiências envolveram a introdução de uma corrente eléctrica no material, que tomou um caminho preciso de um lado para o outro. Esta corrente aqueceu o VO2, levando-o a alterar o seu estado — a já mencionada rearranjo da estrutura atómica. Quando a corrente foi removida, a estrutura atómica voltou a relaxar. Quando a corrente foi reaplicada, as coisas ficaram interessantes.

“O VO2 parecia ‘lembrar’ a primeira fase de transição e antecipar a próxima”, explica a engenheira elétrica Elison Matioli da EPFL. “Não esperávamos ver este tipo de efeito de memória, e não tem nada a ver com estados electrónicos, mas sim com a estrutura física do material. É uma descoberta nova: nenhum outro material se comporta desta forma“.

O trabalho da equipa revelou que o VO2 armazenou algum tipo de informação sobre a corrente mais recentemente aplicada durante pelo menos três horas. Na realidade, poderia ser significativamente mais longo — “mas não temos atualmente os instrumentos necessários para medir isso”, diz Matioli.

O interruptor faz lembrar o comportamento dos neurónios num cérebro, que servem tanto como unidade de memória como de processador. Descrito como tecnologia neuromórfica, a computação baseada num sistema semelhante poderia ter uma vantagem real sobre os chips e placas de circuito clássicos.

Como esta propriedade dupla é inata ao material, o VO2 parece assinalar todas as caixas de lista de desejos para dispositivos de memória: potencial de alta capacidade, alta velocidade, e escalabilidade. Além disso, as suas propriedades dão-lhe uma vantagem sobre os dispositivos de memória que codificam os dados num formato binário controlado por estados elétricos.

“Temos relatado dinâmicas semelhantes ao vidro em VO2 que podem ser entusiasmantes em escalas de tempo sub-nanossegundos e monitorizadas para várias ordens de grandezas no tempo, desde microssegundos a horas”, escrevem os investigadores.

“Os nossos dispositivos funcionais podem, assim, potencialmente satisfazer as exigências contínuas da eletrónica em termos de redução de escala, funcionamento rápido e diminuição do nível de fornecimento de tensão”.

Material revolucionário surpreende cientistas por ter memória (aeiou.pt)