Grundlæggende opdagelse kan føre til bedre hukommelseschips

(PhysOrg.com) - Ingeniørforskere ved University of Michigan har fundet en måde at forbedre ydeevnen af ​​ferroelektriske materialer, som har potentiale til at lave hukommelsesenheder med mere lagerkapacitet end magnetiske harddiske og hurtigere skrivehastighed og længere levetid end flashhukommelse.

I ferroelektrisk hukommelse fungerer retningen af ​​molekylernes elektriske polarisering som en 0 eller en 1 bit. Et elektrisk felt bruges til at vende polarisationen, som er hvordan data opbevares.

Med sine kolleger på UM og samarbejdspartnere fra Cornell University, Penn State University, og University of Wisconsin, Madison, Xiaoqing Pan, professor ved U-M Institut for Materialevidenskab og Teknik, har designet et materialesystem, der spontant danner små nano-spiraler af den elektriske polarisation med kontrollerbare intervaller, som kunne give naturlige spiresteder til polarisationsskift og dermed reducere den nødvendige kraft til at vende hver bit.

"For at ændre tilstanden af ​​en ferroelektrisk hukommelse, du skal levere nok elektrisk felt til at få et lille område til at skifte polarisering. Med vores materiale, en sådan nukleationsproces er ikke nødvendig, " sagde Pan. "Kernedannelsesstederne er i sig selv der ved de materielle grænseflader."

For at få dette til at ske, ingeniørerne lagde et ferroelektrisk materiale på en isolator, hvis krystalgitter var tæt afstemt. Polarisationen forårsager store elektriske felter ved den ferroelektriske overflade, der er ansvarlige for spontan dannelse af de spirende steder, kendt som "vortex nanodomains."

Forskerne kortlagde også materialets polarisering med atomopløsning, hvilket var en vigtig udfordring, givet den lille skala. De brugte billeder fra et transmissionselektronmikroskop med sub-angstrøm opløsning ved Lawrence Berkeley National Laboratory. De udviklede også billedbehandlingssoftware for at opnå dette.

"Denne type kortlægning er aldrig blevet lavet, " sagde Pan. "Ved at bruge denne teknik, vi har opdaget usædvanlige vortex nanodomæner, hvor den elektriske polarisering gradvist roterer rundt om hvirvlerne."