Forskere opdager ferroelektricitet på atomær skala

Efterhånden som elektroniske enheder bliver gradvist mindre, teknologien, der driver dem, skal blive mindre og tyndere.

En af de vigtigste udfordringer, forskerne står over for i udviklingen af ​​denne teknologi, er at finde materialer, der kan præstere godt i en ultratynd størrelse. Men nu, Berkeley-forskere tror, ​​de kan have svaret.

Anført af Sayeef Salahuddin, professor i elektroteknik og datalogi, og kandidatstuderende Suraj Cheema, et team af forskere har formået at dyrke silicium, et ultratyndt materiale, der demonstrerer en unik elektrisk egenskab kaldet ferroelektricitet. Duoens resultater blev offentliggjort i 22. april-udgaven af Natur .

Ferroelektricitet refererer til en klasse af materialer, der ikke kun kan opnå spontan elektrisk polarisering, men også vende sin retning, når den udsættes for et eksternt elektrisk felt, hvilket er lovende for elektronik.

Holdets gennembrud demonstrerer ferroelektriske effekter på et materiale, der kun er 1 nanometer tykt, svarende til størrelsen af ​​blot to atomare byggeklodser. Som resultat, materialet kan effektivt drive de mindste enheder med lavere energimængder.

"Vi laver computerenheder, der bliver mindre, mindre og mindre, " sagde Salahuddin. "Du vil ikke bruge tykke materialer, fordi du ikke har plads. Med vores ferroelektriske materiale, du behøver ikke rigtig bekymre dig om pladsen."

Tidligere, forskere havde med succes stabiliseret ferroelektricitet i tyndere og tyndere materialer. Men under omkring 3 nanometer, "ferroelektricitet aftager i konventionelle ferroelektriske materialer, " sagde Cheema.

Indtil nu. Berkeley-holdet dyrkede dopet hafniumoxid, en nanometer tyk, på silicium. Ikke alene demonstrerede det ultratynde materiale ferroelektricitet, men effekten var faktisk stærkere end materialet flere nanometer tykkere - et "fundamentalt gennembrud" inden for ferroelektricitet, sagde Salahuddin.

Fundet kan føre til skabelsen af ​​mere avancerede batterier og sensorer. Men arbejdet lover især hukommelse og logikchips i computere.

Opdagelsen af ​​ferroelektricitet i film, der kun er 1 nanometer tykke, betyder, at disse lagerceller kunne skaleres ned til dimensioner under, hvad man tidligere troede var muligt.

"Vi kan dyrke ferroelektriske materialer, der kan bruges til fremstilling af computerchips i dag, " sagde Salahuddin.