Сотрудники Калифорнийского университета в Беркли провели несколько экспериментов в Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США. Они создали самый тонкий из когда-либо известных сегнетоэлектриков. Это решает две важные проблемы в области ферроэлектрического материаловедения.
По мере того, как электронные устройства становятся все меньше, материалы, из которых они изготовлены, должны быть все тоньше. Поэтому ученые ищут материалы, которые сохраняют особые электронные свойства, даже если они сверхтонкого размера.
Особое внимание они уделяют сегнетоэлектрикам, которые снижают мощность, потребляюемую сверхмалыми электронными устройствами. Это электрический аналог ферромагнетиков — особого класса материалов, в которых некоторые атомы расположены не по центру. Из-за этого происходит спонтанный внутренний электрический заряд или поляризация. Она может изменить направление, когда ученые подвергают материал внешнему напряжению. Это открывает новые перспективы для сверхмаломощной микроэлектроники.
Проблема в том, что обычные сегнетоэлектрические материалы теряют внутреннюю поляризацию при толщине ниже нескольких нанометров. А, значит, несовместимы с современными кремниевыми технологиями. Это мешает интегрировать сегнетоэлектрики в микроэлектронику.
В рамках нового исследования ученые решили проблему. Они обнаружили стабильное сегнетоэлектричество в ультратонком слое диоксида циркония толщиной всего в половину нанометра. Это размер одного атомного строительного блока, примерно в 200 000 раз тоньше человеческого волоса. Команда вырастила этот материал непосредственно на кремнии. Они обнаружили, что сегнетоэлектричество появляется в диоксиде циркония — обычно не сегнетоэлектрическом материале — когда он становится очень тонким, примерно 1-2 нанометра в толщину.
Исследователи также переключили поляризацию в ультратонком материале в обе стороны с помощью небольшого напряжения. Так они продемонстрировали самую тонкую рабочую память, когда-либо созданную для кремния.
