دانشمند ایرانی در سوئیس برای اولین بار در جهان، یک ساختار غیر زنده اما با حافظه را کشف کرد

یک دانشمند ایرانی ساختار غیر زنده ای را کشف کرده که حافظه دارد. این دستاورد بی‌سابقه توسط تیمی تحت سرپرستی وی در دانشگاه اکول پلی‌تکنیک سوئیس به دست آمده و می‌تواند تاثیر حیرت‌انگیزی بر دنیای الکترونیک بگذارد.

طبق یافته‌های جدید یک دانشمند ایرانی، یک ساختار غیر زنده به نام وانادیم دی‌اکسید می‌تواند محرک‌های خارجی قبلی را به یاد آورد. البته این ماده حتی اگر همچون مغز انسان پیچیده باشد، بازهم زنده نیست. اولین بار است که این ویژگی در یک ماده شناسایی می‌شود؛ اما ممکن است آخرین آنها نباشد. این کشف نتایج بسیار جالبی برای توسعه دستگاه‌های الکترونیکی به ویژه پردازش و ذخیره‌سازی داده‌ها دارد.

ساختار غیر زنده ای که حافظه دارد؛ کشف بزرگ دانشمند ایرانی

تیم تحقیقاتی مربوطه به سرپرستی مهندس محمد سمیع زاده نیکو از دانشگاه اکول پلی‌تکنیک فدرال لوزان در سوئیس در مقاله خود نوشتند:

ما در این تحقیق ساختارهایی از وانادیوم دی‌اکسید (VO₂) را آورده‌ایم که از لحاظ الکترونیکی عمر و حافظه طولانی دارند و می‌توانند طرحی برای ذخیره و پردازش داده‌ها ارائه دهند. این دستگاه‌های عملکردی که شبیه شیشه هستند می‌توانند از نظر سرعت، مصرف انرژی و کوچک‌سازی نسبت به دستگاه‌های الکترونیکی نیمه رسانای اکسید فلزی معمولی عملکرد بهتری داشته باشند و همچنین راهی برای محاسبات نورومورفیک و حافظه‌های چندسطحی فراهم کنند.

این دانشمند ایرانی می‌گوید وانادیوم دی‌اکسید ساختار غیر زنده ای است که اخیرا به عنوان جایگزین یا مکمل سیلیکون برای پایه دستگاه‌های الکترونیکی به کار می‌رود. این ماده از لحاظ عملکردی پتانسیل بیشتری نسبت به مواد نیمه رسانا دارد.

یکی از جالب‌ترین ویژگی‌های این ساختار غیر زنده این است که در دمای زیر ۶۸ درجه سانتی‌گراد به صورت عایق عمل می‌کند؛ اما در دمای بالاتر ناگهان به یک فلز با رسانایی خوب تغییر ماهیت می‌دهد. این تغییر را گذار فلز عایق می‌نامند.

در سال ۲۰۱۸ دانشمندان دلیل این امر را کشف کردند؛ آنها متوجه شدند که با افزایش دما نحوه آرایش اتم‌ها در الگوی شبکه‌‌ای تغییر می‌کند و هنگامی که دما دوباره افت می‌کند، ماده به حالت عایق اولیه خود باز می‌گردد. این دانشمند ایرانی می‌خواست صرفا ببیند چقدر طول می‌کشد تا این ساختار غیر زنده (وانادیوم دی‌اکسید) تا از عایق به فلز و بالعکس تبدیل شود.

طی این اندازه گیری‌ها یک مساله بسیار عجیب آشکار شد. اگرچه وانادیوم دی‌اکسید به همان حالت اولیه بازگشت، اما طوری رفتار کرد که گویی فعالیت اخیر را به خاطر می‌آورد.

این آزمایش‌ها شامل وارد کردن جریان الکتریکی به مواد می‌شد که مسیر دقیقی را از یک طرف به طرف دیگر طی می‌کرد. جریان الکتریکی VO₂ را گرم می‌کند و طبق بازآرایی ساختار اتمی وانادیوم دی‌اکسید حالت خود را تغییر می‌دهد. وقتی جریان الکتریکی حذف شد، ساختار اتمی دوباره به حالت قبلی بازگشت. هرچند که وقتی جریان دوباره وصل شد، اتفاق جالبی افتاد.

مهندس Elison Matioli توضیح می‌دهد:

به نظر می‌رسد که VO₂ انتقال فاز اول را به یاد می‌آورد و مرحله بعدی را پیش‌بینی می‌کند. ما انتظار نداشتیم که این ساختار غیر زنده حافظه داشته باشد. این اتفاق ربطی به حالت‌های الکترونیکی ندارد، بلکه به ساختار فیزیکی ماده مربوط می‌شود. این یک اکتشاف جدید است. هیچ ماده دیگری چنین رفتاری از خود نشان نمی‌دهد.

تلاش‌های این تیم نشان داد که وانادیوم دی‌اکسید بعضی از اطلاعات را در آخرین جریان الکتریکی حداقل برای سه ساعت ذخیره می‌کند. در واقع این زمان می‌ٰتواند بسیار طولانی‌تر باشد؛ اما در حال حاضر ابزار لازم برای اندازه‌گیری آن را نداریم.

این تغییر حالت ما را به یاد رفتار نورون‌های مغز می‌اندازد که هم به عنوان واحد حافظه و هم به عنوان پردازنده عمل می‌کنند. محاسبات مبتنی بر یک سیستم مشابه نیز که به عنوان فناوری نورومورفیک شناخته می‌شوند، نسبت به تراشه‌ها و بردهای کلاسیک برتری دارند.

این دانشمند ایرانی می‌گوید از آنجایی که این ویژگی دوگانه برای این ساختار غیر زنده ذاتی است، تمام ویژگی‌های لازم برای یک دستگاه حافظه را در خود دارد. این ویژ‌گی‌ها شامل ظرفیت بالا، سرعت زیاد و مقیاس‌پذیری است. علاوه بر این، ویژگی‌های ذکر شده سبب می‌شوند که این ساختار نسبت‌ به دستگاه‌های حافظه‌ای که داده‌ها را در قالب دودویی کنترل شده توسط حالت‌های الکتریکی رمزگذاری می‌کنند، برتری داشته باشد.

در این مقاله که در مجله Nature Electronics منتشر شده است، تیم مربوطه درمورد یافته‌های خود توضیح می‌دهد:

ما متوجه شدیم که حرکت وانادیوم دی اکسید شبیه شیشه است که می‌تواند در بازه زمانی کمتر از نانو ثانیه برانگیخته شود و آن را در مقیاس‌های مختلف زمانی از میکروثانیه گرفته تا چندین ساعت دنبال کرد. بنابراین دستگاه‌های کاربردی ما این توانایی بالقوه را دارند که نیازهای ثابت بازار الکترونیک را از نظر کاهش اندازه، عملکرد سریع و کاهش سطح منبع ولتاژ برآورده کنند.