(PhysOrg.com) - Ingenjörsforskare vid University of Michigan har hittat ett sätt att förbättra prestanda hos ferroelektriska material, som har potential att göra minnesenheter med mer lagringskapacitet än magnetiska hårddiskar och snabbare skrivhastighet och längre livslängder än flashminne.

I ferroelektriskt minne fungerar riktningen för molekylernas elektriska polarisation som en 0 eller en 1 bit. Ett elektriskt fält används för att vända polarisationen, vilket är hur data lagras.

Med sina kollegor vid UM och medarbetare från Cornell University, Penn State University, och University of Wisconsin, Madison, Xiaoqing Pan, professor vid U-M Institutionen för materialvetenskap och teknik, har designat ett materialsystem som spontant bildar små nanostora spiraler av den elektriska polarisationen med kontrollerbara intervall, vilket skulle kunna ge naturliga knoppplatser för polarisationsväxlingen och därmed minska den kraft som behövs för att vända varje bit.

"För att ändra tillståndet för ett ferroelektriskt minne, du måste tillhandahålla tillräckligt med elektriskt fält för att få en liten region att byta polarisation. Med vårt material, en sådan kärnbildningsprocess är inte nödvändig, "Sade Pan. "Kärnbildningsställena finns i sig där vid de materiella gränssnitten."

För att få detta att hända, ingenjörerna skiktade ett ferroelektriskt material på en isolator vars kristallgitter var nära matchade. Polariseringen orsakar stora elektriska fält vid den ferroelektriska ytan som är ansvariga för den spontana bildningen av knoppplatserna, känd som "virvel nanodomäner."

Forskarna kartlade också materialets polarisering med atomupplösning, vilket var en viktig utmaning, med tanke på den lilla skalan. De använde bilder från ett transmissionselektronmikroskop med sub-ångströmsupplösning vid Lawrence Berkeley National Laboratory. De utvecklade också bildbehandlingsprogram för att åstadkomma detta.

"Den här typen av kartläggning har aldrig gjorts, " sa Pan. "Med den här tekniken, vi har upptäckt ovanliga virvelnanodomäner där den elektriska polariseringen gradvis roterar runt virvlarna."