Forscher der UC Berkeley führten mehrere Experimente in Argonne durch
Als elektronische GeräteDa sie immer kleiner werden, müssen die Materialien, aus denen sie hergestellt werden, dünner sein. Deshalb suchen Wissenschaftler nach Materialien, die auch im ultradünnen Zustand besondere elektronische Eigenschaften behalten.
Besonderes Augenmerk legen sie auf Ferroelektrika,die den Stromverbrauch ultrakleiner elektronischer Geräte reduzieren. Dies ist das elektrische Analogon von Ferromagneten, einer besonderen Materialklasse, bei der einige Atome außermittig angeordnet sind. Aus diesem Grund kommt es zu einer spontanen inneren elektrischen Ladung oder Polarisation. Es kann die Richtung ändern, wenn Wissenschaftler das Material äußerer Belastung aussetzen. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Mikroelektronik mit extrem geringem Stromverbrauch.
Das Problem ist das herkömmliche FerroelektrikumMaterialien verlieren unterhalb einiger Nanometer Dicke ihre innere Polarisation. Das bedeutet, dass sie mit modernen Siliziumtechnologien nicht kompatibel sind. Dies verhindert die Integration von Ferroelektrika in die Mikroelektronik.
Das haben Wissenschaftler in einer neuen Studie entschiedenProblem. Sie entdeckten stabile Ferroelektrizität in einer ultradünnen Schicht aus Zirkoniumdioxid, die nur einen halben Nanometer dick ist. Das entspricht der Größe eines einzelnen Atombausteins, etwa 200.000 Mal dünner als ein menschliches Haar. Das Team ließ dieses Material direkt auf Silizium wachsen. Sie entdeckten, dass Ferroelektrizität in Zirkonoxid – einem typischerweise nicht ferroelektrischen Material – auftritt, wenn es sehr dünn wird, etwa 1–2 Nanometer dick.
Die Forscher stellten auch die Polarisierung umultradünnes Material in beide Richtungen unter leichter Spannung. So demonstrierten sie den dünnsten Arbeitsspeicher, der jemals für Silizium entwickelt wurde.
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Bildnachweis: UC Berkeley/Suraj Cheema