像大脑一样学习的材料首次发现

　　二氧化钒，一种能够“记住”先前外部刺激整个历史的化合物。图片来源：POWERlab/2022 EPFL

　　瑞士研究人员发现，电子产品中使用的二氧化钒能够“记住”先前外部刺激的全部历史。这是第一种被确定为具有该属性的材料，研究成果发表在《自然·电子学》杂志上。

　　洛桑联邦理工学院功率和宽带隙电子研究实验室研究人员在研究二氧化钒的相变过程中发现，二氧化钒在室温下松弛时具有绝缘相，并在68°C时经历陡峭的绝缘体到金属的转变，其晶格结构发生变化。传统上，二氧化钒表现出易失性记忆（材料在消除激发后立即恢复到绝缘状态）。研究人员在进行了数百次测量后，观察到材料结构中的记忆效应。

　　研究人员将电流施加到二氧化钒样品上。当电流加热样品时，它会导致二氧化钒改变状态，一旦电流通过，材料就会恢复到初始状态。研究人员将第二个电流脉冲施加到材料上，发现改变状态所需的时间与材料的历史直接相关。研究人员解释说，材料似乎“记住”了第一个相变并预测了下一个相变。这种记忆效应与电子态无关，而是与材料的物理结构有关。

　　研究人员发现二氧化钒能记住其最近的外部刺激长达3个小时。这就像是很好地复制了大脑中发生的事情，因为二氧化钒开关的作用就像神经元一样。

　　该项发现的重要性在于，观察到的记忆效应是材料本身的固有特性。工程师依靠内存来执行各种计算，对通过提供更大容量、速度和小型化来增强计算过程的材料的需求量很大，二氧化钒满足所有这些条件。更重要的是，它的连续结构记忆使其与传统材料不同，传统材料将数据存储为依赖于电子状态操作的二进制信息。