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
Приём граждан по вопросам подготовки к новому учебному году пройдёт 21 августа - Пущинская среда Согласно утверждённому Губернатором Московской области графиком проведения тематических приёмов граждан 21 августа 2018 года с 10.00 в Приёмной Правительства Московской области, в Министерстве образования Московской области,
15.08.2018
Уважаемые жители городского округа Домодедово!  В соответствии с утверждённым Губернатором Московской области графиком 21 августа 2018 года с 10:00 в Приёмной Правительства Московской области,
15.08.2018
 
Две музыкальные школы объединят в одну - Газета Вперёд Реорганизация снова коснулась учебных заведений, на этот раз музыкальных: под крыло детской музыкальной школы № 1 на Клементьевке пойдёт музыкальная школа № 3 на Звёздочке.
15.08.2018
 
Губернатор посетил новую школу в Путилкове в ходе рабочего визита в Красногорск - Правительство Московской области Источник: Пресс-служба Губернатора Московской области Четырнадцатого августа губернатор Подмосковья Андрей Воробьев в рамках рабочего визита в городской округ Красногорск проверил готовность к открытию новой многопроф
14.08.2018 Правительство Московской области
Школы Подмосковья начали проверять на чистоту и порядок перед новым учебным годом - Правительство Московской области Источник: РИАМО Административно-технические инспекторы Московской области приступили к проверке школ, колледжей и детских садов перед началом нового учебного года, всего в регионе будет проверено порядка 3 тысяч объектов,
15.08.2018 Правительство Московской области
Август – месяц, когда родители начинают собирать детей в школу. Многих родителей беспокоит один и тот же вопрос: имеет ли право администрация школы навязывать производителя/поставщика одежды?
15.08.2018 Куйбышевец
В этом году Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС» отмечает свой вековой юбилей.
14.08.2018 Газета Новые Известия
Согласно утверждённому Губернатором Московской области графиком проведения тематических приёмов граждан 21 августа 2018 года с 10.00 в Приёмной Правительства Московской области, в Министерстве образования Московской области,
15.08.2018 Пущинская среда
Жителям Подмосковья рассказали, как избежать встречи с медведем в лесу - Серебряно-Прудский вестник Гуляя в подмосковных лесах, необходимо создавать много шума, так можно спугнуть медведя, который отличается осторожностью и не любит резких звуков, сообщил РИАМО во вторник зоолог, специалист по медведям Игорь Егоров.
15.08.2018 Серебряно-Прудский вестник
В городском округе Красногорск состоялось расширенное координационное заседание комиссии по делам несовершеннолетних и защите их, сообщает пресс-служба администрации муниципалитета.
15.08.2018 Красногорские вести
Гуляя в подмосковных лесах, необходимо создавать много шума, так можно спугнуть медведя, который отличается осторожностью и не любит резких звуков, сообщил РИАМО во вторник зоолог, специалист по медведям Игорь Егоров.
15.08.2018 Серп и Молот
Определён список лауреатов 2018 года губернаторской премии «Наше Подмосковье» - Павлово-Посадские известия На состоявшемся 14 августа итоговом заседании Совета по присуждению ежегодных премий губернатора Московской области «Наше Подмосковье» определили 2018 победителей.
15.08.2018 Павлово-Посадские известия
15 августа день рождения А.А. Алябьева – участника Отечественной войны 1812 года, пианиста, певца, дирижера, педагога, организатора музыкальной жизни, но, прежде всего, композитора.
15.08.2018 Пущинская среда
«АРТ-Столица» - такое амбициозное название выбрал для выступления творческий коллектив Красногорска (который в этом году является принимающей площадкой конкурса «Город А»).
15.08.2018 Новые рубежи
График проведения тематических приёмов граждан - Лотошинский район Представляем вашему вниманию график проведения тематических приёмов граждан в ЦИОГВ, ОМСУ и общественных приёмных исполнительных органов государственной власти в муниципальных образованиях Московской области.
15.08.2018 Лотошинский район
Филиал «Восточные электрические сети» ПАО «МОЭСК» сообщает, что по причине производства ремонтных работ, 16 августа с 9:00 до 16:00 будет полностью отключена электроэнергия в деревнях Ловчиково, Сидоровская, Бордуки,
15.08.2018 Шатурский район
В микрорайоне Богородский завершена промывка сетей водоснабжения. В микрорайоне Богородский проведена промывка сетей водоснабжения.
15.08.2018 Щёлковский район
В деревне Филатово впервые проложили асфальт Тендер на строительство почти километрового участка дороги на улице Иваньковской выиграла компания ООО «Траст».
15.08.2018 Истринские ВСети