Medförfattare Dr Daniel Sando förbereder material för studier vid UNSW. Kredit:FLEET
En UNSW -studie publicerad idag i Naturkommunikation presenterar ett spännande steg mot domänväggsnanoelektronik:en ny form av framtida elektronik baserad på ledningsvägar i nanoskala, och som kan möjliggöra extremt tät minneslagring.
FLEET-forskare vid UNSW School of Materials Science and Engineering har tagit ett viktigt steg för att lösa teknikens främsta långvariga utmaning med informationsstabilitet.
Domänväggar är "atomiskt skarpa" topologiska defekter som skiljer regioner med enhetlig polarisering i ferroelektriska material.
Domänväggar i ferroelektrik har fascinerande egenskaper, och betraktas som separata enheter med egenskaper som dramatiskt skiljer sig från det ursprungliga bulk ferromaterialet.
Dessa egenskaper orsakas av förändringar i struktur, symmetri och kemi begränsad i väggen.
"Detta är den grundläggande utgångspunkten för domänväggens nanoelektronik, "säger studieförfattaren prof. Jan Seidel.
"Switching"-egenskapen hos ferroelektriska material gör dem till en populär kandidat för lågspänningsnanoelektronik. I en ferroelektrisk transistor, distinkta polariseringstillstånd skulle representera de beräkningsmässiga noll- och etttillstånden för binära system.
Dock, stabiliteten hos den lagrade polarisationsinformationen har visat sig vara en utmaning i tillämpningen av tekniken för datalagring, speciellt för mycket små domänstorlekar i nanoskala, som önskas för höga lagringstätheter.
Ferroelektriska material kan betraktas som den elektriska motsvarigheten till en permanentmagnet, har en spontan polarisering. Denna polarisering är "omkopplingsbar" med ett elektriskt fält. Kredit:FLEET
"Polariseringstillståndet i ferroelektriska material försvinner vanligtvis inom några dagar till några veckor, vilket skulle innebära informationslagringsfel i alla domänväggsdatalagringssystem, "säger författaren Prof Nagy Valanoor.
Tidsperioden som information kan lagras i ferroelektriska material, dvs stabiliteten hos den lagrade polarisationsinformationen, är således en nyckelfunktion för prestanda.
Hittills, denna mångåriga fråga om informationsinstabilitet har varit en av de största begränsningarna för teknikens tillämpning.
Studien undersöker det ferroelektriska materialet BiFeO3 (BFO) med speciellt introducerade designdefekter i tunna filmer. Dessa designerfel kan klämma ner domänväggar i materialet, effektivt förhindrar den ferroelektriska domänavslappningsprocessen som driver informationsförlust.
"Vi använde en" defekt teknik "-metod för att designa och tillverka en speciell tunn BFO -film som inte är känslig för retentionstapp över tid, " säger huvudförfattaren Dr Daniel Sando.
Fästning av domänväggar är således den viktigaste faktorn som används för att konstruera mycket lång polarisationsretention.
Spänningsberoende domänbildning. Kredit:FLEET
"Nyheten i denna nya forskning ligger i exakt kontrollerad fästning av domänväggen, som gjorde det möjligt för oss att realisera överlägsen polarisationsretention, "säger huvudförfattaren Dawei Zhang.
Forskningen ger kritiskt nytänkande och koncept för domänväggbaserad nanoelektronik för icke-flyktig datalagring och logiska enhetsarkitekturer.
Dessutom är BFO – LAO -systemet i blandad fas en bördig mark för andra spännande fysiska egenskaper, inklusive piezoelektrisk respons, fältinducerad stam, elektrokromatiska effekter, magnetiska ögonblick, elektrisk ledningsförmåga och mekaniska egenskaper.
