Udførelse af ferroelektriske forbindelser kan være nøglen til ny elektronisk hukommelse

(PhysOrg.com) - Nye egenskaber ved ferroelektriske materialer opdaget ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory flytter forskere et skridt tættere på at realisere et nyt paradigme for elektronisk hukommelseslagring.

En ny undersøgelse ledet af ORNL's Peter Maksymovych og offentliggjort i American Chemical Society's Nano bogstaver afslørede, at i modsætning til tidligere antagelser, domænevægge i ferroelektriske materialer fungerer som dynamiske ledere i stedet for statiske.

Domæne vægge, separationszonerne kun få atomer brede mellem modsatrettede polariseringstilstande i ferroelektriske materialer, vides at lede, men ledningsevnens oprindelse er forblevet uklar.

"Vores målinger identificerede, at subtile og mikroskopisk reversible forvrængninger eller knæk i domænevæggen er kernen i den dynamiske ledningsevne, "Sagde Maksymovytj." Domænevæggen i sin ligevægtstilstand er ikke en sand leder som et stift stykke kobbertråd. Når du begynder at forvrænge det ved at anvende et elektrisk felt, det bliver en meget bedre dirigent. "

Ferroelektri, en unik klasse af materialer, der reagerer på anvendelsen af ​​et elektrisk felt ved mikroskopisk at skifte deres polarisering, bruges allerede i applikationer, herunder ekkolod, medicinsk billeddannelse, brændstofindsprøjtninger og mange typer sensorer.

Nu, forskere ønsker at skubbe grænserne for ferroelektrisk ved at gøre brug af materialernes egenskaber på områder som hukommelseslagring og nanoelektronik. At få en detaljeret forståelse af elektrisk konduktans i domænevægge ses som et afgørende skridt i retning af disse næste generations applikationer.

"Denne undersøgelse viser for første gang, at dynamikken i disse defekter - domænevæggene - er en meget rigere kilde til hukommelsesfunktionalitet, "Sagde Maksymovytj." Det viser sig, at du kan indtaste niveauet for ledningsevnen i domænevæggen, gør det til en afstemning, metastabil, dynamisk hukommelseselement. "

Domænevægens afstembare karakter refererer til dens forsinkede reaktion på ændringer i ledningsevne, hvor afbrydelse af et elektrisk felt ikke medfører et øjeblikkeligt fald i konduktans. I stedet, domænevæggen "husker" det sidste konduktansniveau i en given periode og slapper derefter af til sin oprindelige tilstand, et fænomen kendt som memristance. Denne type adfærd er i modsætning til traditionel elektronik, som er afhængige af siliciumtransistorer, der fungerer som tænd / sluk-switches, når elektriske felter påføres.

"At finde funktionalitet, der er iboende for nanoskala -systemer, der kan styres på en ny måde, er ikke en vej til at konkurrere med silicium, men det foreslår et levedygtigt alternativ til silicium til et nyt paradigme inden for elektronik, "Sagde Maksymovych.

Det ORNL-ledede team fokuserede på vismutferritprøver, men forskere forventer, at de observerede egenskaber ved domænevægge vil gælde for lignende materialer.

"Den resulterende memristive-lignende adfærd vil sandsynligvis være generel for ferroelektriske domænevægge i halvledende ferroelektriske og multiferroiske materialer, "sagde ORNL-medforfatter Sergei Kalinin.

Prøverne, der blev brugt i undersøgelsen, blev leveret af University of California i Berkeley. Andre forfattere er ORNLs Arthur Baddorf, Jan Seidel og Ramamoorthy Ramesh fra Lawrence Berkeley National Laboratory og UC Berkeley, og Pennsylvania State University's Pingping Wu og Long-Qing Chen.