Des chercheurs découvrent un matériau avec du cerveau

By Ecole Polytechnique Fédérale de LausanneSeptember 5, 2022

Dioxyde de vanadium (VO2), un composé capable de "se souvenir" de tout l'historique des stimuli externes précédents. Crédit : POWERlab / 2022 EPFL

Au cours de ses recherches sur les transitions de phase dans le dioxyde de vanadium (VO2), Mohammad Samizadeh Nikoo, un Ph.D. étudiant au Laboratoire de recherche en électronique de puissance et à large bande interdite (POWERlab) de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), a fait une découverte inattendue. Lorsqu'il est détendu à température ambiante, le VO2 a une phase isolante et subit une transition nette de l'isolant au métal à 68 ° C (154 ° F), où sa structure en treillis change.

Selon Samizadeh Nikoo, VO2 a une mémoire volatile : "le matériau revient à l'état isolant juste après avoir supprimé l'excitation". Il a cherché à savoir combien de temps il faut pour que VO2 passe d'un état à un autre pour sa thèse. Cependant, son enquête prend une tournure différente : après avoir collecté des centaines de mesures, il découvre un effet mémoire dans la structure du matériau.

Dans ses expériences, Samizadeh Nikoo a administré un courant électrique à un échantillon de VO2. "Le courant s'est déplacé à travers le matériau, suivant un chemin jusqu'à ce qu'il sorte de l'autre côté", explique-t-il. Le VO2 a changé d'état lorsque le courant a chauffé l'échantillon. Une fois le courant passé, le matériau est revenu à son état d'origine. Samizadeh Nikoo a ensuite délivré une seconde impulsion de courant au matériau et a découvert que le temps nécessaire pour changer d'état était étroitement lié à l'histoire du matériau.

"Le VO2 semblait 'se souvenir' de la première transition de phase et anticiper la suivante", explique le professeur Elison Matioli, qui dirige le POWERlab. "Nous ne nous attendions pas à voir ce genre d'effet mémoire, et cela n'a rien à voir avec les états électroniques mais plutôt avec la structure physique du matériau. C'est une découverte inédite : aucun autre matériau ne se comporte de cette manière."

Les chercheurs ont découvert que VO2 peut rappeler son stimulus externe le plus récent jusqu'à trois heures. "L'effet mémoire pourrait en fait persister pendant plusieurs jours, mais nous n'avons pas actuellement les instruments nécessaires pour le mesurer", explique Matioli.

Le constat fait par l'équipe de l'étude est significatif puisque l'effet mémoire identifié est une propriété innée du matériau lui-même. Les ingénieurs dépendent de la mémoire pour effectuer divers calculs, et les matériaux susceptibles d'améliorer le processus de calcul en augmentant la capacité, la vitesse et la miniaturisation sont très demandés. VO2 coche ces trois cases. De plus, sa mémoire structurelle continue le distingue des matériaux typiques qui stockent les données sous forme d'informations binaires en fonction de la manipulation des états électriques.

Les chercheurs ont effectué une foule de mesures pour parvenir à leurs conclusions. Ils ont également confirmé leurs résultats en appliquant la nouvelle méthode à différents matériaux dans d'autres laboratoires du monde entier. Cette découverte reproduit bien ce qui se passe dans le cerveau, car les commutateurs VO2 agissent comme des neurones.

Référence : "Electrical control of glass-like dynamics in vanadium dioxide for data storage and processing" par Mohammad Samizadeh Nikoo, Reza Soleimanzadeh, Anna Krammer, Guilherme Migliato Marega, Yunkyu Park, Junwoo Son, Andreas Schueler, Andras Kis, Philip JW Moll et Elison Matioli, 22 août 2022, Nature Electronics.DOI : 10.1038/s419 28-022-00812-z