Forskare från Moskvainstitutet för fysik och teknik, tillsammans med sina kollegor från Tyskland och USA, har uppnått ett genombrott inom icke-flyktiga minnesenheter. Teamet kom fram till en unik metod för att mäta den elektriska potentialfördelningen över en ferroelektrisk kondensator, vilket kan leda till skapandet av minnesstorlekar snabbare än nuvarande flash- och solid-state-enheter, klarar 1 miljon gånger så många omskrivningscykler. Tidningen publicerades i Nanoskala .

Hafniumdioxidbaserat minne är baserat på ett dielektrikum som redan är känt för mikroelektronikindustrin. Utsatt för temperaturbehandling och legering, ett hafniumdioxidskikt i nanometerskala kan bilda metastabila kristaller som har ferroelektriska egenskaper – det vill säga de "kommer ihåg" riktningen för det elektriska fältet som appliceras på dem.

Den nya minnescellen är en 10 nanometer tjock zirkonium-hafniumoxidfilm som ligger mellan två elektroder. Dess struktur liknar en konventionell elektrisk kondensator. För att göra ferroelektriska kondensatorer användbara som minnesceller, deras kvarvarande polarisering måste maximeras; och för att säkerställa att ingenjörer behöver en detaljerad förståelse för de processer som sker i nanofilmen. Detta innebär att förklara hur den elektriska potentialen fördelas över filmen efter spänningstillämpning och polarisationsomkastning. Sedan upptäckten av en ferroelektrisk fas i hafniumoxid för 10 år sedan, potentialfördelningen på nanoskala har bara modellerats, men inte direkt mätt. Det senare har rapporterats i den senaste tidningen i Nanoskala .

Teamet använde en teknik som kallas högenergiröntgenfotoemissionsspektroskopi. Den specialiserade metodiken som utvecklats vid MIPT bygger på det så kallade stående vågläget för den kraftfulla monokromatiska röntgenstrålen, som kräver en synkrotronljuskälla för att producera. Maskinen som användes i studien finns i Hamburg, Tyskland. Den användes för att utföra mätningar på de hafniumoxidbaserade minnescellsprototyperna tillverkade vid MIPT.

"Om den används för industriell produktion av icke-flyktiga minnesceller, de ferroelektriska kondensatorerna som utvecklats i vårt labb kunde uthärda 10 miljarder omskrivningscykler, vilket är 100, 000 gånger mer än vad toppmoderna flashenheter kan överleva, " sa studiens medförfattare Andrei Zenkevich, som leder Laboratory of Functional Materials and Devices for Nanoelectronics vid MIPT.

En ytterligare fördel med ferroelektriska minnesenheter är att extern strålning absolut inte har någon effekt på dem, till skillnad från deras halvledarbaserade analoger. Detta innebär att det blixtliknande minnet av framtiden till och med kan klara exponering för kosmisk strålning och verka i yttre rymden.