Ученые из России "ощупали" материал для памяти будущего
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 надежными", - 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.
