De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipa de investigação liderada pelo Laboratório Nacional de Rocky Mountain (NLR) revelou a origem do fenómeno de fotocondutividade persistente em materiais sinápticos optoeletrónicos, estabelecendo as bases para aplicações de visão neuromórfica. Os resultados foram publicados na revista Advanced Functional Materials.

O sistema visual humano combina as funções de sensor e processador, conseguindo analisar imagens com um consumo de energia extremamente baixo, mas os cientistas têm tido dificuldade em replicá-lo. A tecnologia sináptica optoeletrónica pode reproduzir parte das funções visuais, e a equipa do NLR, ao estudar materiais de óxidos de vanádio como o V₂O₅, descobriu o mecanismo chave por detrás do seu excelente desempenho.

No artigo "Polaritões excitónicos intercamadas em V₂O₅ mesoscópico para sinapses optoeletrónicas de largo espetro", publicado na Advanced Functional Materials, a equipa de investigação liderada pelo NLR indica que a origem do fenómeno de fotocondutividade persistente — um mecanismo que simula a função sináptica biológica — reside em estruturas específicas do material. Este estudo faz parte do Centro de Investigação de Fronteira Energética "Materiais Eletrónicos Reconfiguráveis Inspirados na Dinâmica Neuronal Não Linear" (reMIND) do Departamento de Energia dos EUA, financiado pelo programa de Ciências Básicas de Energia do Gabinete de Ciência, e foi realizado em colaboração com investigadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, da Universidade Texas A&M e do Instituto de Estrutura da Matéria do Conselho Nacional de Investigação de Itália.

"Este trabalho baseia-se em anos de investigação optoeletrónica anteriores, mas também apresenta uma descoberta fundamental: como certas vacâncias atómicas levam a tempos de resposta à luz mais longos, o que é crucial para a visão semelhante à humana, bem como para aplicações de imagem multiespectral, deteção e comunicação", afirmou Lance Wheeler, cientista do NLR e coautor.

Os cientistas já conheciam o fenómeno de condutividade elétrica persistente em certos cristais de óxido após a exposição à luz, mas a sua causa exata era controversa. A equipa esclareceu o papel das vacâncias de oxigénio através da modelação, fabrico e teste de dispositivos sinápticos optoeletrónicos baseados em V₂O₅ de fase alfa. Descobriram que as vacâncias de oxigénio nos cristais de V₂O₅ capturam as cargas da luz incidente, formando polaritões que conferem ao cristal uma "memória". Enquanto as cargas estiverem presentes, o cristal retém um registo da luz, que pode ser lido através de elétrodos. Durante o processo de fabrico, os investigadores podem ajustar as propriedades desta memória ótica para regular a sensibilidade e o tempo de resposta.

Quando a equipa irradiou o material com pulsos de luz de diferentes comprimentos de onda, observou uma persistência superior a 25 minutos. Este tempo de decaimento é funcionalmente semelhante ao de uma sinapse neural e está relacionado com mecanismos de memória no cérebro, como a potenciação de longa duração e a plasticidade.

Este estudo abre caminho para o fabrico de uma nova geração de materiais com memória ajustável e visão artificial. Estes cristais, devido às suas propriedades que simulam as sinapses, podem simplificar circuitos, reduzindo o consumo de energia e a interferência de sinal. Também são capazes de detetar luz infravermelha, uma capacidade que o olho humano não possui. Com a sua sensibilidade a um largo espetro de luz e a possibilidade de serem depositados em vidro flexível, cristais como o V₂O₅ podem ser aplicados em áreas de visão neuromórfica, como robótica, eletrónica de ponta, deteção distribuída e bioengenharia.

"Um resultado importante deste estudo é a identificação do papel dos polaritões na obtenção de fotocondutividade persistente ajustável neste tipo de materiais de óxido", disse Jeffrey Blackburn, investigador do NLR e coautor. "Esta descoberta — combinada com as áreas de materiais policristalinos de baixo custo, métodos de fabrico de dispositivos escaláveis, sensibilidade de largo espetro e substratos flexíveis — abre a possibilidade de explorar mecanismos semelhantes numa vasta gama de materiais e arquiteturas de dispositivos neuromórficos acionados por luz."