Et skelsættende modelleringsstudie afslører, hvordan ferroelektrisk computerhukommelse fungerer

En ny modelleringsundersøgelse har afsløret, hvordan ferroelektrisk computerhukommelse fungerer. Undersøgelsen, offentliggjort i tidsskriftet Nature Materials, giver ny indsigt i ferroelektriske materialers grundlæggende fysik og kan føre til udviklingen af ​​nye, mere effektive computerhukommelsesenheder.

Ferroelektriske materialer er materialer, der udviser en spontan elektrisk polarisering. Det betyder, at de har et permanent elektrisk dipolmoment, selv i fravær af et eksternt elektrisk felt. Denne egenskab gør ferroelektriske materialer ideelle til brug i computerhukommelsesenheder, da det giver dem mulighed for at lagre information i form af elektriske ladninger.

Det nye studie giver en detaljeret forståelse af de mikroskopiske mekanismer, der giver anledning til ferroelektricitet i materialer. Undersøgelsen blev udført af et team af forskere fra University of California, Berkeley, ledet af professor Ramamoorthy Ramesh.

Forskerne brugte en kombination af teoretisk modellering og eksperimentelle målinger til at undersøge ferroelektriske materialers egenskaber. De fandt ud af, at de ferroelektriske egenskaber af disse materialer er bestemt af vekselvirkningerne mellem de elektriske dipoler af atomerne, der udgør materialet.

Forskerne fandt også ud af, at materialers ferroelektriske egenskaber kan kontrolleres ved at anvende et eksternt elektrisk felt. Denne opdagelse kan føre til udviklingen af ​​nye, mere effektive computerhukommelsesenheder, der bruger ferroelektriske materialer.

Den nye undersøgelse er et væsentligt gennembrud i forståelsen af ​​ferroelektriske materialer. Resultaterne kan føre til udviklingen af ​​nye, mere effektive computerhukommelsesenheder såvel som andre elektroniske enheder, der bruger ferroelektriske materialer.

Ferroelektriske materialer

Ferroelektriske materialer er en klasse af materialer, der udviser en spontan elektrisk polarisering. Det betyder, at de har et permanent elektrisk dipolmoment, selv i fravær af et eksternt elektrisk felt. Denne egenskab gør ferroelektriske materialer ideelle til brug i computerhukommelsesenheder, da det giver dem mulighed for at lagre information i form af elektriske ladninger.

Den spontane elektriske polarisering af ferroelektriske materialer er forårsaget af justeringen af ​​de elektriske dipoler af atomerne, der udgør materialet. I mangel af et eksternt elektrisk felt er disse dipoler tilfældigt orienteret, og materialet har ingen netto elektrisk polarisering. Men når et eksternt elektrisk felt påføres, justerer dipolerne sig i feltets retning, og materialet bliver polariseret.

Polariseringen af ​​ferroelektriske materialer kan vendes ved at påføre et eksternt elektrisk felt i den modsatte retning. Denne egenskab er kendt som hysterese, og det er det, der gør det muligt at bruge ferroelektriske materialer i computerhukommelsesenheder.

Computerhukommelse

Computerhukommelse bruges til at lagre information i form af elektriske ladninger. Den mest almindelige type computerhukommelse er DRAM (Dynamic Random Access Memory), som bruger kondensatorer til at lagre ladninger. DRAM er dog relativt langsom og strømkrævende. Ferroelektrisk hukommelse er en type ikke-flygtig hukommelse, der bruger ferroelektriske materialer til at lagre ladninger. Ferroelektrisk hukommelse er hurtigere og mere strømbesparende end DRAM, men den er også dyrere.

Den nye undersøgelse kan føre til udviklingen af ​​nye, mere effektive ferroelektriske hukommelsesenheder, der i pris kan sammenlignes med DRAM. Dette kan føre til en betydelig forbedring af ydeevnen af ​​computere og andre elektroniske enheder.