No está vivo ni tiene estructuras que se aproximen a la complejidad del cerebro, pero un compuesto llamado dióxido de vanadio posee memoria, siendo capaz de “recordar” estímulos externos anteriores, según han descubierto los investigadores.

Es la primera vez que se identifica esta capacidad en un material, pero puede que no sea la última. El descubrimiento tiene unas implicaciones bastante intrigantes para el desarrollo de dispositivos electrónicos, en particular para el procesamiento y almacenamiento de datos.

El equipo de investigadores dirigido por Mohammad Samizadeh Nikoo, ingeniero eléctrico de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suiza) (EPFL), escribieron en su investigación:

“En el dióxido de vanadio se observan estados estructurales de larga duración accesibles electrónicamente que pueden proporcionar un esquema de almacenamiento y procesamiento de datos.

Estos dispositivos funcionales similares al vidrio podrían superar a la electrónica convencional de óxido metálico-semiconductor en términos de velocidad, consumo de energía y miniaturización, además de proporcionar una vía para la computación neuromórfica y las memorias multinivel”.

El dióxido de vanadio (VO2) es un material que se ha presentado recientemente como alternativa, o complemento, al silicio como base de los dispositivos electrónicos, debido a su potencial para superar a este último material como semiconductor.

Una de las propiedades más intrigantes del VO2 es que, por debajo de los 68 grados Celsius (154,4 grados Fahrenheit), se comporta como un aislante, pero por encima de esa temperatura crítica, cambia bruscamente a un metal, con buena conductividad, un cambio conocido como transición metal-aislante.

Hace poco, en 2018, los científicos descubrieron el motivo: a medida que aumenta la temperatura, cambia la forma en que los átomos se organizan en su red.

Cuando la temperatura vuelve a bajar, el material vuelve a su estado de aislante original. Samizadeh Nikoo se propuso originalmente investigar el tiempo que tarda el VO2 en pasar de aislante a metal, y viceversa, tomando medidas a medida que activaba el cambio.

Dióxido de Vanadio (VO2), compuesto capaz de “recordar” todo el historial de estímulos externos previos. Cortesía: POWERlab / EPFL 2022

Fueron estas mediciones las que revelaron algo muy peculiar. Aunque volvía al mismo estado inicial, el VO2 se comportaba como si recordara la actividad reciente.

Los experimentos consistieron en introducir una corriente eléctrica en el material, que siguió un camino preciso de un lado a otro. Esta corriente calentó el VO2, provocando un cambio de estado, la mencionada reordenación de la estructura atómica. Al retirar la corriente, la estructura atómica volvía a relajarse.

Cuando se volvió a aplicar la corriente, las cosas se pusieron interesantes.

Elison Matioli, ingeniero eléctrico de la EPFL, dijo en un comunicado:

“No esperábamos ver este tipo de efecto de memoria, y no tiene nada que ver con los estados electrónicos, sino con la estructura física del material. Es un descubrimiento novedoso: ningún otro material se comporta así.

El trabajo del equipo reveló que el VO2 almacenaba algún tipo de información sobre la corriente aplicada más recientemente durante al menos tres horas. De hecho, podría ser bastante más tiempo, “pero actualmente no tenemos los instrumentos necesarios para medirlo”.

El interruptor recuerda el comportamiento de las neuronas en el cerebro, que sirven tanto de unidad de memoria como de procesador. Descrita como tecnología neuromórfica, la informática basada en un sistema similar podría tener una ventaja real sobre los clásicos chips y placas de circuitos.

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Dado que esta doble propiedad es innata al material, el VO2 parece marcar todas las casillas de la lista de deseos para los dispositivos de memoria: potencial de alta capacidad, alta velocidad y escalabilidad. Además, sus propiedades le dan una ventaja sobre los dispositivos de memoria que codifican los datos en un formato binario controlado por estados eléctricos.

Vanadio. Cortesía: conceptoabc.com

Los investigadores escribieron:

“Hemos descrito una dinámica similar a la del vidrio en el VO2 que puede excitarse en escalas de tiempo inferiores al nanosegundo y controlarse durante varios órdenes de magnitud en el tiempo, desde microsegundos hasta horas.

Nuestros dispositivos funcionales pueden, por tanto, satisfacer potencialmente las continuas demandas de la electrónica en términos de reducción de escala, funcionamiento rápido y disminución del nivel de suministro de voltaje”.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Nature Electronics.

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