Физики из МФТИ выяснили, как оксид гафния, перспективный материал для создания памяти будущего, ведет себя внутри электрических полей, что заметно ускорит появление первых устройств на его базе, говорится в статье, опубликованной в журнале ACS Applied Materials and Interfaces.
"Несмотря на то, что оксид гафния уже используется в микроэлектронике и его достаточно легко применить для создания энергонезависимой памяти, природа его сегнетоэлектрических свойств остается неясной. Зная свойства материала, инженеры смогут оптимизировать ячейки памяти, делая их более компактными, технологичными и надёжными", — отмечает Анастасия Чуприк из Московского Физтеха в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Оксид гафния и некоторые другие природные материалы, такие как соли винной кислоты, бария и титана, обладают необычным свойством – электроны в них распределены неравномерно, причем их положение можно "навсегда" изменить, используя сильные электрические поля.
Благодаря этому свойству кристаллы подобных веществ, которые физики называют сегнетоэлектриками, можно использовать в качестве "памяти будущего", информация в которой записывается в виде положения подобных "кучек" электронов. Она, как объясняют ученые, будет работать с такой же скоростью, как и современная ОЗУ, но при этом она не будет терять информацию при отключении питания, и будет почти "вечной" по сравнению с флеш-памятью.
В отличие от других "материалов будущего", пленки из оксида гафния уже применяются в микроэлектронике и их можно найти практически в любом современном процессоре, и трудностей с их внедрением в производство, как надеются инженеры, не должно возникнуть.
Проблема заключалась в том, что до настоящего времени у физиков не было понятия, как именно происходит процесс "перезаписи" положения электронов в подобных материалах, что мешало созданию одиночных ячеек памяти и более сложных структур на их базе.
Российские физики и их коллеги из университета Небраски закрыли этот пробел в научных знаниях, вырастив тонкую пленку из оксида гафния и изучив ее электронную структуру при помощи тонкой иглы, которой ученые водили по поверхности экспериментальной ячейки памяти.
"Передвигая вдоль поверхности материала особо острую иглу и подавая электрическое напряжение на обкладки конденсатора, мы получили данные как о рельефе поверхности — в этой части метод напоминал атомно-силовую микроскопию — так и о распределении поляризации в материале", — поясняет физик.
Как оказалось, сегнетоэлектрики состоят из множества небольших зон, так называемых доменов, в каждой из которых электроны были распределены по-своему, что делает их похожими на магнитные материалы. Когда пленка из оксида гафния попадала в электрическое поле, эти зоны "стирались" и кристаллическая решетка материала перестраивалась – ее индивидуальные элементы меняли форму с треугольников на ромбы и наоборот.
Все эти изменения и особенности в структуре, как отмечают физики, в целом соответствуют тому, что раньше предсказывала теория, описывающая свойства сегнетоэлектриков. Это, в свою очередь, позволяет инженерам приступить к "осознанной" разработке ячеек памяти будущего, не опасаясь того, что их идеи окажутся ошибочными на практике.
По информации https://ria.ru/science/20180515/1520621154.html
Обозрение "Terra & Comp".
