Designer-defekt medieret fastspænding af ferroelektriske domænevægge for mere stabil nanoelektronik

En UNSW-undersøgelse offentliggjort i dag i Naturkommunikation præsenterer et spændende skridt mod domænevægs nanoelektronik:en ny form for fremtidig elektronik baseret på nanoskala ledningsbaner, og som kunne give mulighed for ekstremt tæt hukommelseslagring.

FLEET-forskere ved UNSW School of Materials Science and Engineering har taget et vigtigt skridt i løsningen af ​​teknologiens primære langvarige udfordring med informationsstabilitet.

Domænevægge er "atomisk skarpe" topologiske defekter, der adskiller områder med ensartet polarisering i ferroelektriske materialer.

Domænevægge i ferroelektrik har fascinerende egenskaber, og betragtes som separate enheder med egenskaber, der er drastisk forskellige fra det overordnede jernholdige materiale.

Disse egenskaber er forårsaget af ændringer i struktur, symmetri og kemi begrænset inden for væggen.

"Dette er det grundlæggende udgangspunkt, der understøtter domænevægs nanoelektronik, " siger studieforfatter prof Jan Seidel.

Ferroelektriske materialers "switching" egenskab gør dem til en populær kandidat til lavspændings nanoelektronik. I en ferroelektrisk transistor, distinkte polarisationstilstande ville repræsentere de beregningsmæssige nul- og en-tilstande for binære systemer.

Imidlertid, stabiliteten af ​​den lagrede polarisationsinformation har vist sig at være en udfordring i anvendelsen af ​​teknologien til datalagring, især for meget små nanoskala domænestørrelser, som ønskes til høje lagertætheder.

"Polarisationstilstanden i ferroelektriske materialer henfalder typisk inden for dage til et par uger, hvilket ville betyde informationslagringsfejl i ethvert domænevæg-datalagringssystem, " siger forfatter Prof Nagy Valanoor.

Det tidsrum, som information kan lagres i ferroelektriske materialer, dvs. stabiliteten af ​​den lagrede polarisationsinformation, er således en vigtig præstationsfunktion.

Til dato, dette langvarige problem med informationsstabilitet har været en af ​​de vigtigste begrænsninger for teknologiens anvendelse.

Undersøgelsen undersøger det ferroelektriske materiale BiFeO3 (BFO) med specielt introducerede designerdefekter i tynde film. Disse designerdefekter kan klemme domænevægge i materialet ned, effektivt forhindrer den ferroelektriske domæneafslapningsproces, der driver informationstab.

"Vi brugte en 'defekt konstruktion'-metode til at designe og fremstille en speciel BFO ​​tynd film, der ikke er modtagelig for tilbageholdelsestab over tid, " siger hovedforfatter Dr. Daniel Sando.

Fastgørelse af domænevægge er således den vigtigste faktor, der bruges til at konstruere meget lang polarisationsretention.

"Det nye ved denne nye forskning ligger i præcist kontrolleret fastgørelse af domænevæggen, hvilket gjorde det muligt for os at realisere overlegen polarisationsretention, " siger hovedforfatter Dawei Zhang.

Forskningen giver kritisk nytænkning og koncepter for domænevæg-baseret nanoelektronik til ikke-flygtige datalagring og logiske enhedsarkitekturer.

Derudover er det blandede fase BFO-LAO-system en grobund for andre spændende fysiske egenskaber, inklusive piezoelektrisk respons, felt-induceret stamme, elektrokromatiske effekter, magnetiske øjeblikke, elektrisk ledningsevne og mekaniske egenskaber.