Memorie continua intr-un material special
Cercetatorii au descoperit un nou material care contine memorie continua accesibila electronic si care are capacitatea creierului uman.
Procesele informationale care stau la baza sistemelor fizice – de la materia organizata la organisme biologice – implica o dinamica de auto-organizare care emerge din proprietatile specifice ale mediului substantial al spatiului.
Cercetatorii au identificat aceste proprietati ca: intercomunicabilitate, memorie/histerezis, mecanisme iterative de feedback-feedforward, influente retrocauzale si interactiuni non-locale, la al caror gestalt ne referim ca fiind memorie spatiala.
In publicatia “The Unified Spacememory Network”, oamenii de stiinta identifica si descriu proprietatile spatiului, una dintre acestea fiind o memorie continua, proprietate care este necesara pentru complexificarea sistemelor fizice (evolutia și dezvoltarea universului).
Aceasta memorie continua este integral legata de proprietatea emergenta a timpului si de dinamica info-entropiei care genereaza morfogeneza, inteligenta si sistemele simtitoare precum fiintele umane.
Ea se datoreaza in parte dependentei de stare si raspunsului mediu la intrarile de informatii, care apar ca evenimente „trecute” intr-o structura cauzala locala.
Memorie continua si memorie digitala
O astfel de dependenta a starii unui sistem de istoria sa se numește histerezis si este prezentata de anumite sisteme neliniare, gasite in electronica.
Astfel, este o caracteristica esentiala a noii clase de circuite cunoscute sub numele de memristoare.
Datorita capacitatilor de memorie continua ale unor astfel de sisteme – spre deosebire de memoria digitala a electronicii conventionale – aceste materiale si sisteme de memorie ofera posibilitati interesante privind noile modalitati de procesare a informatiilor.
Un exemplu ar fi procesarea informatiilor neuromorfe, deoarece operatiunile de memorie continua sunt mai asemanatoare cu ceea ce face creierul, decat cu acele calcule digitale traditionale.
Astfel, investigarea unor astfel de materiale si sisteme functionale noi elucideaza perspective cheie in fizica fundamentala (reteaua de memorie spatiala) si in biofizica, implicata in inteligenta si constiinta.
Un material special cu memorie continua – dioxidul de vanadiu
In “Journal Nature Electronics”, o echipa de cercetare de la Institutul de Inginerie Electrica si Microinginerie din Elvetia, in colaborare cu Institutul Max Planck pentru Structura si Dinamica Materiei, a descoperit proprietati de memorie continua intr-o molecula numita dioxid de vanadiu (VO2).
Aceasta ar putea intr-o zi sa inlocuiasca conductoarele conventionale de oxid de metal ale circuitelor integrate de astazi si sa ofere modalitati de stocare si procesare a datelor cu totul noi, deschizand cai alternative in calculul neuromorf si memoria multi-nivel.
In mod remarcabil, echipa a demonstrat ca molecula de dioxid de vanadiu pastreaza memoria de stare a intregii istorii a stimulilor externi permeabili, lucru care nu a fost observat anterior in niciun alt material pana in prezent.
Identificarea si demonstrarea unui material cu aceste proprietati este foarte interesanta pentru lumea stiintifica, deoarece astfel de capacitati de memorie structurala cu reamintire continua este ceva ce anumiti fizicieni au postulat ca fiind o proprietate a starii materiale a memoriei spatiale.
Astfel, deoarece acest lucru are o relevanta clara pentru fizica fundamentala, precum si pentru aplicatiile tehnologice, este important sa intelegem cum acest material asemanator sticlei, un izolator la temperaturi scazute, este susceptibil de memorie continua accesibila electronic.
Ceea ce s-a descoperit este ca dioxidul de vanadiu experimenteaza o tranzitie de faza distincta chiar peste temperatura medie a camerei, in care reteaua atomica se rearanjeaza de la o structura monoclinica la o structura tetragonala.
In faza monoclinica, materialul este un izolator, insa cu doar o mica intrare de energie peste temperatura de prag critica, care este putin peste temperatura medie a camerei, devine un conductor. In mod remarcabil, la temperatura de tranzitie la structura paracristalina tetragonala, conductanta electrica creste cu un factor de 10.000.
Modificari ale structurii cristaline si ale proprietatilor electronice ale dioxidului de vanadiu apar in timpul tranzitiei sale de faza de la izolator la conductor-metal (V albastru; O rosu).
Peste 67°C (dreapta), vibratiile retelei neliniare de amplitudine mare (fononi) duc la o structura cristalina tetragonala cu electroni mobili (galben), indicand faptul ca dioxidul de vanadiu este un metal.
La temperaturi mai scazute (stanga), electronii sunt localizati in legaturile atomice din structura cristalina monoclinica distorsionata, ceea ce indica faptul ca dioxidul de vanadiu este un izolator.
Noi perspective in fizica sistemelor de procesare a informatiilor
Un studiu anterior a aratat faptul ca forta termodinamica care conduce tranzitia de la izolator la metal este dominata de vibratiile retelei (fononi) mai degraba decat de contributiile electronice.
Astfel, fononii de energie scazuta modifica configuratia orbitala a electronilor (legaturile atomice) dintre atomi, iar rearanjarea configurationala determina delocalizarea unor electroni in retea, permitandu-le acestora sa calatoreasca liber ca in lichidul Fermi al metalelor.
Acest mecanism unic de tranzitie de la izolator la metal care implica stari structurale, mai degraba decat electronice, precum si modul in care permite memoria de lunga durata este o zona de investigare bogata in noi descoperiri in stiinta materialelor si in fizica sistemelor de procesare a informatiilor.
Proiectarea materialului pentru aplicatii functionale poate oferi progrese semnificative in miniaturizarea si reducerea consumului de energie al componentelor electronice, deoarece, de exemplu, memristoarele pot permite o densitate extrem de mare (platforme de memorie care depasesc cu mult capacitatea memoriilor bazate pe tranzistori).
In aceste materiale de memorie puternic corelate, sunt active simultan mai multe interactiuni neliniare care implica spin, sarcina, retea, dipol si configuratii orbitale, astfel incat memoria apare ca o proprietate intrinseca a caracteristicilor lor structurale si nu se bazeaza pe manipularea starilor electronice.
Pe de alta parte, deoarece proprietatile de memorie continua recent descoperite ale dioxidului de vanadiu sunt mult mai asemanatoare cu functiile de memorie ale retelelor subcelulare si neuronale ale creierului, aceasta noua clasa de materiale cu memorie innascuta poate avea aplicatii in sisteme unice de procesare a informatiilor neuromorfe.
Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim!
Sursa: nature.com, resonancescience.org, neuroquantology.com, eletimes.com.
Credit foto: Laboratorul Național Oak Ridge.
Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.
Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.
Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.
Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.
V-ar putea interesa si...
Puma Punku – misterioasele blocuri de piatra
Ramasite din scoarta primordiala a Terrei descoperite in Australia
