Учёные «ощупали» материал для памяти будущего

Фото: open-dubna.ru

Физики из МФТИ детально описали процесс переключения электрической поляризации оксида гафния, на основе которого многие исследователи предлагают делать запоминающие ячейки для компьютерных устройств нового поколения. На страницах журнала ACS  Applied Materials and Interfaces учёные представили данные о поведении этого перспективного материала на микроскопическом уровне.

 

Вещество со структурной формулой Hf0.5Zr0.5O2, которому посвящена статья специалистов МФТИ совместно с сотрудниками университета Небраски,  — сегнетоэлектрик. Это значит, что в электрическом поле часть электронов смещается в сторону, создавая заряженный участок, — и даже если поле исчезнет, этот заряд останется на месте. Сегнетоэлектрики остаются поляризованными так же, как магниты  (ферромагнетики) продолжают быть намагниченными: это очень ценное свойство, позволяющее, например, создавать микроскопические ячейки для компьютерной памяти.

Экспериментальная установка, схема. Сверху  — острая игла, при помощи которой физики определяли поляризацию сегнетоэлектрического материала; далее идёт «бутерброд» из проводника, изолятора, оксида гафния и снова проводника на кремниевой подложке: эти слои образуют плоский электрический конденсатор. Красные линии схематически показывают электрические проводники, подключённые к образцу. Дизайнер — Елена Хавина, пресс-служба МФТИ

Оксид гафния интересен также тем, что он, в отличие от многих «модных» материалов вроде графена или углеродных нанотрубок, уже применяется в микроэлектронной промышленности, например, в процессорах Intel. Свои сегнетооэлектрические свойства оксид гафния проявляет только в очень тонких (от 5 до 20 нанометров) плёнках, получить которые можно, например, методом атомно-слоевого осаждения. «Этот метод, применявшийся и в нашем исследовании,  — рассказывает Анастасия Чуприк, старший научный сотрудник лаборатории нейровычислительных систем МФТИ,  — позволяет получать конформные, то есть однородные по толщине, плёнки. Он очень интересен с точки зрения микроэлектроники, так как помимо производства уже выпускающихся устройств может быть использован в перспективных задачах вроде трёхмерной микроэлектроники».

Технологичность в сочетании с сегнетоэлектрическими свойствами были бесспорными плюсами, а вот минусом являлось отсутствие внятного представления о том, как именно переполяризуется материал, что же именно при этом с ним происходит. Изучить микроскопическую структуру оксида гафния непосредственно внутри плоского конденсатора (по сути  — будущей ячейки памяти) удалось при помощи разновидности атомно-силового микроскопа  — прибора, который не осматривал, а скорее «ощупывал» образец.

Анастасия Чуприк добавляет: «Передвигая вдоль поверхности материала особо острую иглу и подавая электрическое напряжение на обкладки конденсатора, мы получили данные как о рельефе поверхности, в этой части метод напоминал атомно-силовую микроскопию, так и о распределении поляризации в материале».

Полученные в ходе экспериментов данные впервые позволили показать существование у оксида гафния доменов, то есть микроскопических участков сегнетоэлектрика с определённой поляризацией. Игла микроскопа, попадая на такие участки, по-разному отклонялась из-за изменений электрического поля, и это позволяло выявить границы доменов с точностью до нескольких нанометров.

Кроме того, учёные подтвердили перестройку кристаллической решётки оксида гафния в результате воздействия электрического поля. При перезарядке конденсаторов элементарные ячейки решётки из скошенных прямоугольных призм (так называемая моноклинная сингония) становятся прямоугольными параллелепипедами (это ромбическая сингония), а именно такие ячейки позволяют этому материалу становиться сегнетоэлектриком. Наличие таких изменений предполагалось рядом исследователей ранее, но для подтверждения этой гипотезы физикам недоставало информации.

«Несмотря на то, что оксид гафния уже используется в микроэлектронике и его достаточно легко применить для производства энергонезависимой памяти, природа его сегнетоэлектрических свойств остаётся неясной. Наша работа стала шагом вперёд на пути к осознанному проектированию будущих устройств: зная свойства материала и чем они обусловлены, инженеры смогут оптимизировать ячейки памяти, делая их более компактными, технологичными и надёжными»,  — говорит Анастасия Чуприк.

Автор: Пресс-служба МФТИ

Последние новости Подмосковья по теме:
Учёные «ощупали» материал для памяти будущего

- Долгопрудный
Фото. Ведущий автор исследования, старший научный сотрудник лаборатории нейровычислительных систем МФТИ, к.ф.-м.н.
13:41 17.05.2018 МФТИ
Учёные «ощупали» материал для памяти будущего - OpenDubna.Ru
Учёные «ощупали» материал для памяти будущего - Дубна
Физики из МФТИ детально описали процесс переключения электрической поляризации оксида гафния, на основе которого многие исследователи предлагают делать запоминающие ячейки для компьютерных устройств нового поколения.
06:15 16.05.2018 OpenDubna.Ru
- Долгопрудный
Физики из МФТИ детально описали процесс переключения электрической поляризации оксида гафния, на основе которого многие исследователи предлагают делать запоминающие ячейки для компьютерных устройств нового поколения.
15:44 15.05.2018 Долгие Пруды
 
По теме
Коломенская детская художественная школа имени Абакумова вошла в первую десятку рейтинга детских школ искусств - KolomnaOnline.Ru Пушкинская детская художественная школа, детская школа искусств № 1 имени Свиридова в Балашихе и Красногорская хореографическая школа «Вдохновение» стали лидерами рейтинга детских школ искусств,
14.12.2018
 
Ольга Забралова: Подмосковье укомплектовано учителями на более чем 98% - Красногорские вести В ходе брифинга, который состоялся 13 декабря в Доме правительства региона, первый заместитель председателя правительства Московской области – министр образования региона Ольга Забралова рассказала,
14.12.2018
You are viewing the image with filename dsc01485.jpg - Щёлковское Благочиние 12 декабря учащиеся Щелковского отделения Православной гимназии «Ковчег» посетили выставку репродукций иллюстраций «Образы Н. Лескова в творчестве И.С.
14.12.2018
You are viewing the image with filename img_2183.jpg - Щёлковское Благочиние 12 декабря сотрудник Епархиального отдела по борьбе с алкогольной угрозой и наркотической зависимостью священник Антоний Сенько провел урок трезвости в 9-х классах СОШ №16 г. Щелково.
14.12.2018
 
Школы Подмосковья укомплектованы учителями на 98% - Котельники сегодня На брифинге журналистов в Доме Правительства министр образования Московской области Ольга Забралова отметила эффективность реализуемых в регионе мер по привлечению лучших педагогов.
14.12.2018 Котельники сегодня
Дубневская школа отметила своё 40-летие - Ступинская панорама Ступинское информагентство, Сергей Демянюк Дубневская общеобразовательная школа городского округа Ступино отметила сегодня своё 40-летие.
14.12.2018 Ступинская панорама
В ходе брифинга, который состоялся 13 декабря в Доме правительства региона, первый заместитель председателя правительства Московской области – министр образования региона Ольга Забралова рассказала,
14.12.2018 Красногорские вести
12 декабря губернатор Московской области Андрей Воробьев в рамках рабочей поездки в Клин встретился со студентами и преподавателями колледжа «Подмосковье».
13.12.2018 Газета Сенеж
В Дежурную часть УМВД России по Ленинскому району обратился местный житель с сообщением о краже фар с автомобиля иностранного производства, припаркованного во дворе одного из домов на ул.
14.12.2018 МВД Московской области
МУ МВД России «Серпуховское» сообщает информацию о розыске двух лиц. Криводубский МУ МВД России «Серпуховское» разыскивается Криводубский Борис Геннадьевич, 1970 года рождения,
13.12.2018 Пущинская среда
В подмосковном Пушкино задержали мужчину по подозрению в жестоком убийствегодовалого мальчика, труп ребенка со множественными гематомами и ссадинами нашли в одной из квартир города,
13.12.2018 Газета Маяк
Полиция расследует факт угона иномарки в Сергиевом Посаде, сообщили изданию «Вести Подмосковья» в пресс-службе ГУ МВД России по Московской области.
13.12.2018 Копейка
Анна Марфина.JPG - Газета Факт Спектаклем с таким подчеркнуто театральным названием отметил своё 15-летие музыкальный театр «Дети Мельпомены» ДШИ №7, ведь лицедейство началось уже в фойе концертного зала «Родник»:
14.12.2018 Газета Факт
Артисты МХТ имени Чехова и красногорская «Школа гардемаринов» открыли Год театра в Подмосковье - Звенигородские ведомости Тринадцатого декабря старт Году театра был дан по всей стране, Президент России Владимир Владимирович Путин объявил об этом в Ярославле на встрече с ведущими российскими театральными деятелями,
14.12.2018 Звенигородские ведомости
Мегамасс-старты «Истины» - Истринские ВСети Вслед за лыжниками спортивный сезон открыли и биатлонисты, в их числе атлеты спортивной школы олимпийского резерва «Истина» Истинцы открыли биатлонный сезон 5 декабря в Екатеринбурге на Всероссийских соревнованиях по 
14.12.2018 Истринские ВСети
Общественный контроль проконтролировал организацию спортивной работы во Дворце спорта «Шатура» - Шатурский район Шатурские единороссы в рамках проекта партии «Единая Россия» «Детский спорт» совместно с членами Общественной палаты городского округа Шатура и группой общественного контроля депутата Московской областной Думы Эдуарда Жи
14.12.2018 Шатурский район
Общественный контроль проконтролировал организацию спортивной работы во Дворце спорта «Шатура» - Шатурский район Шатурские единороссы в рамках проекта партии «Единая Россия» «Детский спорт» совместно с членами Общественной палаты городского округа Шатура и группой общественного контроля депутата Московской областной Думы Эдуарда Жи
14.12.2018 Шатурский район
Дорожные службы Подмосковья работают в усиленном режиме в связи с продолжительным снегопадом, который прошёл в регионе 12 и 13 декабря.
14.12.2018 Министерство транспорта и дорожной инфраструктуры