Não está vivo, nem tem estruturas que se aproximem da complexidade do cérebro, mas um composto chamado dióxido de vanádio tem memória, sendo capaz de “lembrar” estímulos externos anteriores, descobriram os pesquisadores.

É a primeira vez que essa habilidade é identificada em um material, mas pode não ser a última. A descoberta tem algumas implicações intrigantes para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos, particularmente para processamento e armazenamento de dados. A equipe de pesquisadores liderada por Mohammad Samizadeh Nikoo, engenheiro elétrico da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suíça) (EPFL), escreveu em sua pesquisa:

“Estados estruturais de longa duração eletronicamente acessíveis são observados em dióxido de vanádio que podem fornecer dados esquema de armazenamento e processamento. Esses dispositivos funcionais semelhantes a vidros podem superar a eletrônica convencional de semicondutores de óxido de metal em termos de velocidade, consumo de energia e miniaturização, além de fornecer um caminho para computação neuro-mórfica e memórias multiníveis”.

O dióxido de vanádio (VO2) é um material que vem sendo apresentado recentemente como alternativa, ou complemento, ao silício como base para dispositivos eletrônicos, devido ao seu potencial de superá-lo como semicondutor. Uma das propriedades mais intrigantes do VO2 é que abaixo de 68 graus Celsius (154,4 graus Fahrenheit) ele se comporta como um isolante, mas acima dessa temperatura crítica ele muda abruptamente para um metal, com boa condutividade, uma mudança conhecida como transição metal isolante.

O efeito memória, que engloba toda a história de estímulos prévios, está incorporado na estrutura do material, e não em seus estados eletrônicos. Cortesía: POWERlab / EPFL 2022

Em 2018, os cientistas descobriram o porquê: à medida que as temperaturas aumentam, a maneira como os átomos se organizam em sua rede muda. Quando a temperatura cai novamente, o material retorna ao seu estado isolante original. Samizadeh Nikoo originalmente se propôs a investigar o tempo que leva para o VO2 mudar de isolante para metal e vice-versa, fazendo medições enquanto ele acionava o interruptor.

Dióxido de Vanádio (VO2), composto capaz de “lembrar” toda a história de estímulos externos anteriores.

Foram essas medições que revelaram algo muito peculiar. Embora tenha voltado ao mesmo estado inicial, o VO2 se comportou como se lembrasse da atividade recente. Os experimentos consistiam em introduzir uma corrente elétrica no material, que seguia um caminho preciso de um lado ao outro. Essa corrente aqueceu o VO2, causando uma mudança de estado, o já mencionado rearranjo da estrutura atômica.

Quando a corrente foi retirada, a estrutura atômica relaxou novamente. Quando o poder foi reaplicado, as coisas ficaram interessantes. Elison Matioli, engenheiro elétrico da EPFL, disse em um comunicado: “Não esperávamos ver esse tipo de efeito de memória e não tem nada a ver com estados eletrônicos, mas com a estrutura física do material. É uma descoberta nova: nenhum outro material se comporta assim.

O trabalho da equipe revelou que o VO2 armazenava algum tipo de informação sobre a corrente aplicada mais recentemente por pelo menos três horas. Na verdade, poderia ser muito mais longo, “mas atualmente não temos os instrumentos necessários para medi-lo”.

O interruptor lembra o comportamento dos neurônios no cérebro, que servem tanto como unidade de memória quanto como processador. Descrita como tecnologia neuro-mórfica, a computação baseada em um sistema semelhante pode ter uma vantagem real sobre os chips e placas de circuito clássicos. Como essa dupla propriedade é inata ao material, o VO2 parece preencher todos os requisitos da lista de desejos para dispositivos de memória: potencial de alta capacidade, alta velocidade e escalabilidade.

Além disso, suas propriedades lhe conferem uma vantagem sobre os dispositivos de memória que codificam dados em formato binário controlado por estados elétricos.

Vanádio. Cortesia: conceptabc.com

Os pesquisadores escreveram: “Descrevemos uma dinâmica semelhante ao vidro no VO2 que pode ser excitada em escalas de tempo abaixo de nanossegundos e controlada por várias ordens de magnitude no tempo, de microssegundos a horas. Nossos dispositivos funcionais podem, portanto, atender às demandas contínuas da eletrônica em termos de downscaling, operação rápida e redução do nível de alimentação de tensão.”