Протоны стали ключом к чипам памяти следующего поколения

Международная группа под руководством Университета науки и технологий имени короля Абдуллы (KAUST) выяснила, что использование протонов может обеспечить множественные сегнетоэлектрические фазовые переходы. Говоря простым языком, это означает открытие новых возможностей для создания чипов памяти с низким энергопотреблением и высокой ёмкостью.

Сегнетоэлектрики (такие, как селенид индия) представляют собой внутренне поляризованные материалы, которые меняют полярность при помещении в электрическое поле, что делает их привлекательными для создания чипов памяти. В дополнение к низкому рабочему напряжению подобные устройства демонстрируют отличную выносливость при многократных операциях чтении/записи и высокую скорость записи. Однако их ёмкость невелика, поскольку существующие технологии позволяют запускать только несколько сегнетоэлектрических фаз, захват которых — экспериментально сложная задача.

Для решения этой проблемы учёные нанесли многослойную плёнку из селенида индия на структуру, состоящую из изолирующего листа из оксида алюминия, зажатого между слоем платины внизу и пористым диоксидом кремния вверху. Платиновый слой служил электродом для приложенного напряжения, а пористый материал действовал как электролит и «поставлял» протоны в сегнетоэлектрическую плёнку.

Исследователи постепенно вводили или удаляли протоны из сегнетоэлектрической плёнки, изменяя приложенное напряжение. При этом обратимо образовывались несколько сегнетоэлектрических фаз с разной степенью протонирования, что имеет решающее значение для реализации многоуровневых запоминающих устройств со значительной ёмкостью памяти. Итогом эксперимента стало получение устройства, работающего при напряжении ниже 0,4 В — это важный фактор для разработки маломощных ячеек скоростной памяти. По словам исследователей, открытие приблизит эпоху появления ферроэлектрических нейроморфных вычислительных чипов — быстрых и потребляющих меньше энергии, чем текущие решения.