二氧化钒玻璃的奇怪的大脑一样的记忆

二氧化钒是一种奇怪的记得信息和它被储存的时间的材料。这类似于生物记忆。

THE FUTURE — NOVEMBER 20, 2022

Tom Hartsfield

Credit: Tom / Adobe Stock

关键要点

 数字计算机存储器只能保持一个0或1值，这个值被瞬态电子不稳定的保存。

一种新的玻璃记忆能长时间保持各种状态，更像生物记忆一样。

记忆似乎被锁在这种玻璃的结构中。

计算机和生物体以广泛不同的方式储存记忆。一篇新的研究论文描述一种非常不寻常的材料------二氧化钒玻璃------似乎来在它的原子和分子结构中存储记忆。这允许它来以一种更类似于神经元而不太像一个数字芯片的方式行动。

在一个计算机内主要工作的存储器库往往被指为RAM和高速缓存，本质上是电子监狱。在每个“监狱”的存储单元中，计算机能检查是否它被电子“占据”还是“未被占据”来读出0或1的值。如果保持存储单元门的电失电，电子做出一个休息而记忆被丢失。

在论文中描述的实验（here’s a free version）产生二氧化钒（VO2）玻璃似乎以一种完全不同的方式保留记忆的一个令人惊讶的结果。二氧化钒不仅“记住” “满”或“空”还记得一系列特定的状态以及当信息存储的时间。它不需要陷住电子或甚至不需要连续的电力。

晶体对玻璃

二氧化钒来保持这种记忆的能力很可能被联系到玻璃的属性。晶体材料有一种被锁定在精确位置的刚性原子结构。晶体的角面、几何图案和完美的平面是数万亿个原子以一定方式完美的堆叠的结果。另一方面，玻璃有一个无定形的结构：原子被紧密包在一起，但它们的排列是一个巨大的混乱，完全的缺乏一个晶体的秩序。

二氧化钒一开始作为一个有序的晶体。通过用电信号脉冲它来放入它的记忆中的一个值，这将晶体改造成玻璃。记忆通过再脉冲它来读出，触发玻璃二氧化钒再次转换成一种晶体。随原子从随机位置转换回秩序，这种转换要用一些时间的量。时间的长度被二氧化钒被玻璃化用了多长时间和施加了多少脉冲来玻璃它。

结构存储器

玻璃为什么能记住一系列值的原因并不完全的清楚。有趣的是，似乎记忆并不被电子把持。作者通过用一个激光改变玻璃中的电子种群并显示记忆中没有变化进行聪明的实验证明这一点。那么记忆很可能被锁定在原子的排列中。

读出记忆的电流脉冲不能传递过玻璃。它必须创造一个导电（晶体）的原子链来到达它被读出的另一端。不知怎的玻璃的原子的混乱排列被调谐到记忆被存储。虽然这方面的细节尚不清楚，但用电流脉冲来去二氧化钒的玻璃和跨过传递的时间能可靠地告诉在一个给定的时间有多少（脉冲）被放进记忆。

随记忆坐着保持一个值，它的内部结构似乎略有演变。这能造成读出的值来漂移。一般这是一个缺陷，但它能被纠正，或者可能用于需要时变值的应用。

一个二氧化钒玻璃内存的有价值的特性是它能不用电源保持至少一个值三个小时，甚至可能保持更长的时间。这可能允许计算机芯片来保持板上内存而不需要连续的电力来保持电子监禁。虽然在这些小时内纠正值变化会是很棘手的，但成功实现的“非易失性”内存会允许设备不用消耗它们的电池睡觉。

二氧化钒存储器的最后一个实际属性是虽然它不用电子存储记忆，但它的值既能被电子设置又能被电子读出。这可以允许它被集成到现有的计算机电路中。二氧化钒玻璃记忆器不会出现在你的下一部智能手机上，但这种好奇的材料可能会在未来几年造成一项辉煌的发明。

https://bigthink.com/the-future/vanadium-dioxide-glass-memory/