En ny modellstudie har avslöjat hur ferroelektriskt datorminne fungerar. Studien, publicerad i tidskriften Nature Materials, ger nya insikter i den grundläggande fysiken hos ferroelektriska material och kan leda till utvecklingen av nya, mer effektiva datorminnesenheter.

Ferroelektriska material är material som uppvisar en spontan elektrisk polarisation. Detta innebär att de har ett permanent elektriskt dipolmoment, även i frånvaro av ett externt elektriskt fält. Denna egenskap gör ferroelektriska material idealiska för användning i datorminnesenheter, eftersom det gör det möjligt för dem att lagra information i form av elektriska laddningar.

Den nya studien ger en detaljerad förståelse av de mikroskopiska mekanismer som ger upphov till ferroelektricitet i material. Studien utfördes av ett team av forskare från University of California, Berkeley, ledd av professor Ramamoorthy Ramesh.

Forskarna använde en kombination av teoretisk modellering och experimentella mätningar för att undersöka egenskaperna hos ferroelektriska material. De fann att de ferroelektriska egenskaperna hos dessa material bestäms av interaktionerna mellan de elektriska dipolerna hos atomerna som utgör materialet.

Forskarna fann också att de ferroelektriska egenskaperna hos material kan kontrolleras genom att applicera ett externt elektriskt fält. Detta fynd kan leda till utvecklingen av nya, mer effektiva datorminnen som använder ferroelektriska material.

Den nya studien är ett betydande genombrott i förståelsen av ferroelektriska material. Fynden kan leda till utvecklingen av nya, mer effektiva datorminnesenheter, såväl som andra elektroniska enheter som använder ferroelektriska material.

Ferroelektriska material

Ferroelektriska material är en klass av material som uppvisar en spontan elektrisk polarisation. Detta innebär att de har ett permanent elektriskt dipolmoment, även i frånvaro av ett yttre elektriskt fält. Denna egenskap gör ferroelektriska material idealiska för användning i datorminnesenheter, eftersom det gör det möjligt för dem att lagra information i form av elektriska laddningar.

Den spontana elektriska polariseringen av ferroelektriska material orsakas av inriktningen av de elektriska dipolerna hos atomerna som utgör materialet. I frånvaro av ett externt elektriskt fält är dessa dipoler slumpmässigt orienterade, och materialet har ingen elektrisk nettopolarisation. Men när ett externt elektriskt fält appliceras, riktar sig dipolerna i fältets riktning, och materialet blir polariserat.

Polariseringen av ferroelektriska material kan vändas genom att applicera ett externt elektriskt fält i motsatt riktning. Denna egenskap är känd som hysteres, och det är det som gör att ferroelektriska material kan användas i datorminnen.

Datorminne

Datorminne används för att lagra information i form av elektriska laddningar. Den vanligaste typen av datorminne är DRAM (Dynamic Random Access Memory), som använder kondensatorer för att lagra laddningar. DRAM är dock relativt långsamt och strömkrävande. Ferroelektriskt minne är en typ av icke-flyktigt minne som använder ferroelektriska material för att lagra laddningar. Ferroelektriskt minne är snabbare och mer energieffektivt än DRAM, men det är också dyrare.

Den nya studien kan leda till utvecklingen av nya, mer effektiva ferroelektriska minnesenheter som är jämförbara i pris med DRAM. Detta kan leda till en betydande förbättring av prestanda för datorer och andra elektroniska enheter.