Científicos de la Universidad de Groninga, Países Bajos, observaron por primera vez en un material un fenómeno bien conocido por la teoría del caos. Una transición estructural en el material ferroelástico titanato de bario, causada por un aumento o disminución detemperatura, se asemeja a la duplicación periódica observada en los sistemas dinámicos no lineales. Este "caos espacial" en un material se predijo por primera vez en 1985 y podría utilizarse en aplicaciones como la electrónica neuromórfica adaptable. Los resultados se publicaron en Cartas de revisión física el 22 de agosto
Un equipo de físicos de la Universidad de Groninga, dirigido por la profesora de nanomateriales funcionales Beatriz Noheda, hizo su observación en películas delgadas de titanato de bario BaTiO 3 , un material ferroelástico.Los materiales ferroicos se caracterizan por su estructura ordenada, en forma ferroelástica, carga ferroeléctrica o momento magnético ferromagnético, por ejemplo."Estos materiales son siempre cristales en los que los átomos están dispuestos con simetrías características", explica Noheda.
gemelos
Los dipolos eléctricos o magnéticos están alineados dentro de los dominios en los cristales. "Sin embargo, los dipolos podrían estar apuntando hacia arriba o hacia abajo, ya que ambos estados son equivalentes." Como resultado, los cristales de estos materiales tendrán ambos tipos de dominios.opta por los materiales ferroelásticos, mejor conocidos por su memoria de forma. En este caso, sin embargo, la situación es un poco más complicada, Noheda explica: 'Las células unitarias en estos cristales son alargadas, lo que significa que los dominios de las diferentes células unitarias nose adapta fácilmente a la forma. Esto crea una tensión elástica que reduce la estabilidad del cristal. '
El cristal puede mejorar la estabilidad de forma natural al formar gemelos de dominios, que están ligeramente inclinados en direcciones opuestas para aliviar el estrés. El resultado es un material en el que estos pares maclados forman dominios alternos, con una periodicidad fija. El calentamiento provoca una fasecambio en el material, en el que se altera tanto la dirección como la periodicidad de los muros de dominio. "La pregunta era cómo se produce este cambio", dice Noheda.
Muros de dominio
El aumento de la temperatura aumenta el desorden entropía en el material. Por lo tanto, comienza un tira y afloja entre la tendencia intrínseca al orden y la entropía creciente. Es este proceso el que fue observado por primera vez por el equipo de Groningen, utilizando microscopía de fuerza atómica. Cuando se calientan muestras de 25 ° C a 70 ° C, se produce un cambio de fase, alterando la posición de las paredes de dominio. Cuando comienza la transición, las paredes de dominio de la nueva fase aparecen gradualmente y ambas fases existen juntas entemperaturas intermedias 30 ° C a 50 ° C. 'Esto no sucede de manera aleatoria, sino que se duplica por duplicado', dice Noheda. El enfriamiento del material reduce la periodicidad de los dominios por la reducción a la mitad.
'Esta duplicación o reducción a la mitad es bien conocida en los sistemas dinámicos no lineales, cuando están cerca de la transición al comportamiento caótico', explica Noheda, 'Sin embargo, nunca se había observado en dominios espaciales, sino solo en períodos de tiempo."La semejanza entre el comportamiento de las películas delgadas y los sistemas no lineales sugiere que el material está en el borde del caos durante el calentamiento". Esta es una observación interesante, porque significa que la respuesta del sistema depende en gran medida de la inicialcondiciones. Por lo tanto, podríamos obtener respuestas muy diversas después de un pequeño cambio en estas condiciones '.
Computación neuromórfica
El documento incluye cálculos teóricos de colegas de la Penn State University EE. UU. Y la Universidad de Cambridge Reino Unido, que muestran que el comportamiento observado en el titanato de bario ferroelástico es genérico para materiales ferroicos. Por lo tanto, un material ferroeléctrico en el bordedel caos podría dar una respuesta muy diversa en un pequeño rango de voltajes de entrada. "Eso es exactamente lo que desea, para crear el tipo de respuesta adaptable necesaria para la computación neuromórfica, como la computación de reservorio, que se beneficia de los sistemas no lineales que puedenproducir conjuntos de entrada-salida muy diversos '
El papel en Cartas de revisión física es una prueba de principio, que muestra cómo se puede diseñar un material para que exista en el borde del caos, donde es altamente sensible. Noheda también señala cómo la duplicación de dominios crea una estructura similar a las dendritas bifurcantes que conectan las células piramidalesen el cerebro. Estas células juegan un papel importante en las habilidades cognitivas. En última instancia, los materiales ferroicos al borde del caos pueden usarse para crear sistemas electrónicos similares al cerebro para la computación compleja.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Groningen . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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