뇌처럼 학습할 수 있는 물질 발견

과학자들이 전자 제품에 사용되는 특정 화합물이 이전 외부 자극 전체를 “기억”할 수 있다는 것을 발견했다.

다른 것도 있을 수 있지만 이산화 바나듐(VO2)은 이 속성을 소유한 것으로 확인된 첫 번째 물질이다.

EPFL(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) 전력 및 광대역 갭 전자 연구 연구소(POWERlab) 박사과정 Mohammad Samizadeh Nikoo는 이산화 바나듐(VO2)의 상전이에 대한 연구 중에 우연한 발견을 했다. VO2는 실온에서 이완될 때 절연상을 가지며 68°C에서 격자 구조가 변화하는 급격한 절연체-금속 전이를 겪는다. 고전적으로 VO2는 휘발성 메모리를 나타낸다.

연구는 Nature Electronics 저널에 게재됐다.

논문을 위해 그는 VO2가 한 상태에서 다른 상태로 전환되는 데 걸리는 시간을 수백 번 측정한 후 그는 물질 구조의 기억 효과를 관찰했다.

실험에서 Samizadeh Nikoo는 VO2 샘플에 전류를 가했다. “전류는 물질을 가로질러 이동하여 반대쪽으로 나갈 때까지 경로를 따라 이동했다”고 그는 설명했다. 전류가 샘플을 가열함에 따라 VO2의 상태가 변경됐다. 그리고 일단 전류가 흐르면 재료는 초기 상태로 돌아간다.

그런 다음 그는는 두 번째 전류 펄스를 재료에 적용했고 상태를 변경하는 데 걸리는 시간이 재료의 이력과 직접적으로 연관되어 있음을 확인했다. POWERlab을 이끌고 있는 Elison Matioli 교수는 “VO2는 첫 번째 단계 전환을 ‘기억’하고 다음 단계를 예상하는 것 같았다. 우리는 이런 종류의 기억 효과를 기대하지 않았으며 전자 상태와 관련이 없고 오히려 물질의 물리적 구조와 관련이 있다. 새로운 발견이다. 다른 어떤 물질도 이런 방식으로 작동하지 않는다”고 설명했다.

연구원들은 계속해서 VO2가 가장 최근의 외부 자극을 최대 3시간 동안 기억할 수 있다는 것을 발견했다. “기억 효과는 실제로 며칠 동안 지속될 수 있지만 현재 우리는 그것을 측정하는 데 필요한 도구가 없다”라고 Matioli는 말했다.

연구팀의 발견은 그들이 관찰한 기억 효과가 물질 자체의 타고난 특성이기 때문에 중요하다. 엔지니어는 모든 종류의 계산을 수행하기 위해 메모리에 의존하며 더 큰 용량, 속도 및 소형화를 제공하여 계산 프로세스를 향상시킬 수 있는 재료에 대한 수요가 높다. VO2는 이 세가지 모두 유효하다.

게다가 연속적인 구조적 메모리는 데이터를 전자 상태의 조작에 따라 이진 정보로 저장하는 기존 재료와 차별화된다.

연구원들은 그들의 발견에 도달하기 위해 많은 측정을 수행했다. 그들은 또한 전 세계 다른 실험실의 다른 재료에 새로운 방법을 적용하여 결과를 확증했다. 이 발견에서 VO2 스위치는 두뇌 뉴런처럼 작동한다.