In Svizzera scoperto un materiale che “ricorda” come il cervello

I ricercatori del Politecnico Federale di Losanna hanno scoperto che il Biossido di Vanadio (VO2), un composto generalmente utilizzato in elettronica, è in grado di “ricordare” l’intera storia degli stimoli esterni che ha subìto in precedenza.
Si tratta della prima sostanza identificata in natura come dotata di questa proprietà, anche se in natura potrebbero essercene altri.

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Il VO2 compie una rapidissima transizione da isolante a metallo a 68 gradi centigradi

Mohammad Samizadeh Nikoo, dottorando presso il Power and Wide-Band-Gap Electronics Research Laboratory (POWERlab) della Scuola di Ingegneria dell’EPFL, ha infatti compiuto una scoperta casuale durante la propria ricerca sulle transizioni di fase nel Biossido di Vanadio o VO2.
Il VO2 ha una fase isolante quando è rilassato a temperatura ambiente, e subisce una ripida transizione da isolante a metallo a 68 gradi centigradi, dove la sua struttura reticolare cambia.
Classicamente, il Biossido di Vanadio presenta una memoria volatile: “Il materiale ritorna allo stato isolante subito dopo aver rimosso l’eccitazione”, afferma Samizadeh Nikoo.
Per la tesi di laurea, ha cercato di scoprire quanto tempo impiegasse il VO2 a passare da uno stato all’altro.
Ma la sua ricerca lo ha portato su una strada diversa: dopo aver effettuato centinaia di misurazioni, egli ha osservato un vero e proprio “effetto memoria” nella struttura del materiale.

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Rivelazione inattesa: il tempo per cambiare stato collegato alla “storia” del materiale

Nei suoi esperimenti, Samizadeh Nikoo ha applicato una corrente elettrica a un campione di VO2.
“La corrente si è mossa attraverso il materiale, seguendo un determinato percorso fino a uscire dall’altra parte”, spiega.
Riscaldando il campione, la corrente ha provocato un cambiamento di stato del VO2. Una volta transitata la corrente, il materiale è tornato allo stato iniziale.
Samizadeh Nikoo ha poi applicato un secondo impulso di corrente al Biossido di Vanadio e ha visto che il tempo necessario per cambiare stato era direttamente collegato alla “storia” del materiale.
“Il VO2 sembrava ‘ricordare’ la prima transizione di fase e anticipare la successiva”, spiega il Professor Elison Matioli, che dirige il POWERlab.
“Non ci aspettavamo di vedere questo tipo di effetto memoria, che non ha nulla a che fare con gli stati elettronici ma piuttosto con la struttura fisica del materiale. È una scoperta inedita: nessun altro materiale si comporta in questo modo”.

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Una capacità “mnemonica” la quale “potrebbe persistere anche per diversi giorni…”

I ricercatori hanno poi scoperto che il VO2 è in grado di ricordare lo stimolo esterno più recente fino a tre ore.
“L’effetto memoria potrebbe infatti persistere per diversi giorni, ma al momento non disponiamo degli strumenti necessari per misurarlo”, afferma Matioli.
La scoperta del team di ricerca vodese è importante perché l’effetto memoria osservato è una proprietà innata del materiale stesso.
Gli ingegneri si affidano alla memoria per eseguire calcoli di ogni tipo e i materiali che potrebbero migliorare il processo di calcolo offrendo maggiore capacità, velocità e miniaturizzazione sono molto richiesti.
Il Biossido di Vanadio soddisfa tutti e tre questi requisiti. Inoltre, la sua memoria continua e strutturale lo distingue dai materiali convenzionali che memorizzano i dati come informazioni binarie dipendenti dalla manipolazione degli stati elettronici.
I ricercatori hanno effettuato una serie di misurazioni per giungere alle loro scoperte.
Hanno anche corroborato i loro risultati applicando il nuovo metodo a diversi materiali in altri laboratori in tutto il mondo.
Questa scoperta riproduce bene ciò che accade nel cervello, poiché gli interruttori del VO2 agiscono proprio come i neuroni.

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