연구자들이 뇌가 있는 물질을 발견하다

저: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne2022년 9월 5일

이전 외부 자극의 전체 역사를 "기억"할 수 있는 화합물인 이산화바나듐(VO2). 출처: POWERlab / 2022 EPFL

이산화바나듐(VO2)의 상전이에 대한 연구 중 Mohammad Samizadeh Nikoo 박사는 EPFL(Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) 전력 및 광대역 갭 전자 연구실(POWERlab)의 학생이 예상치 못한 발견을 했습니다. 실온에서 이완되면 VO2는 절연 상태를 가지며 68°C(154°F)에서 격자 구조가 변하는 급격한 절연체-금속 전이를 경험합니다.

Samizadeh Nikoo에 따르면 VO2에는 휘발성 메모리가 있습니다. "재료는 여기를 제거한 직후 절연 상태로 되돌아갑니다." 그는 논문을 위해 VO2가 한 상태에서 다른 상태로 변경되는 데 걸리는 시간을 알아보기 시작했습니다. 그러나 그의 조사는 다른 방향으로 진행되었습니다. 수백 개의 측정값을 수집한 후 그는 재료 구조에서 메모리 효과를 발견했습니다.

그의 실험에서 Samizadeh Nikoo는 VO2 샘플에 전류를 공급했습니다. "전류는 다른 쪽에서 나올 때까지 경로를 따라 물질을 가로질러 이동했습니다."라고 그는 설명합니다. 전류가 샘플을 가열함에 따라 VO2 상태가 변경되었습니다. 전류가 사라진 후 물질은 원래 상태로 돌아왔습니다. 그런 다음 Samizadeh Nikoo는 두 번째 전류 펄스를 재료에 전달하고 상태를 변경하는 데 걸리는 시간이 재료의 이력과 밀접한 관련이 있음을 발견했습니다.

"VO2는 첫 번째 단계 전환을 '기억'하고 다음 단계를 예상하는 것처럼 보였습니다."라고 POWERlab을 이끌고 있는 Elison Matioli 교수는 설명합니다. "우리는 이런 종류의 메모리 효과를 기대하지 않았습니다. 이는 전자 상태와 관련이 없으며 오히려 물질의 물리적 구조와 관련이 있습니다. 이는 새로운 발견입니다. 다른 물질은 이런 식으로 동작하지 않습니다."

연구자들은 VO2가 가장 최근의 외부 자극을 최대 3시간 동안 기억할 수 있다는 것을 발견했습니다. "기억 효과는 실제로 며칠 동안 지속될 수 있지만 현재는 이를 측정하는 데 필요한 도구가 없습니다"라고 Matioli는 말합니다.

이번 연구진의 발견은 확인된 기억 효과가 물질 자체의 타고난 특성이기 때문에 의미가 크다. 엔지니어는 다양한 계산을 완료하기 위해 메모리에 의존하며, 용량, 속도, 소형화를 높여 계산 프로세스를 개선할 수 있는 재료에 대한 수요가 높습니다. VO2는 이 세 가지 상자를 모두 확인합니다. 또한 연속적이고 구조적인 메모리는 전기 상태 조작에 따라 데이터를 이진 정보로 저장하는 일반적인 재료와 구별됩니다.

연구자들은 결론에 도달하기 위해 다양한 측정을 수행했습니다. 또한 전 세계 다른 연구실에서 다양한 재료에 새로운 방법을 적용해 결과를 확인했다. VO2 스위치가 뉴런처럼 작동하기 때문에 이 발견은 뇌에서 일어나는 일을 잘 재현합니다.

참고 자료: "데이터 저장 및 처리를 위한 이산화바나듐의 유리와 같은 역학의 전기적 제어" by Mohammad Samizadeh Nikoo, Reza Soleimanzadeh, Anna Krammer, Guilherme Migliato Marega, 박윤규, 손준우, Andreas Schueler, Andras Kis, Philip JW Moll, 및 Elison Matioli, 2022년 8월 22일, Nature Electronics.DOI: 10.1038/s41928-022-00812-z