Соответственно, группа исследователей из UNL использовала материал, удостоенный Нобелевской премии, и обычную бытовую химию для улучшения свойств компонента, предназначенного для следующего поколения высокоскоростной оперативной памяти большой емкости.Команда, опубликовавшая свои выводы в выпуске журнала Nature Communications от 24 ноября, разработала и протестировала улучшения производительности структуры памяти, известной как сегнетоэлектрический туннельный переход.Переход имеет сегнетоэлектрический слой в 100 000 раз тоньше листа бумаги, настолько тонкий, что электроны могут «туннелировать» через него. Этот слой находится между двумя электродами, которые могут изменять направление своей поляризации — выравнивание положительных и отрицательных зарядов, используемых для представления «0» и «1» в двоичных вычислениях, путем приложения к нему электрического напряжения.
Исследователи стали первыми, кто разработал сегнетоэлектрический переход с электродами из графена, углеродного материала толщиной всего в один атом. Хотя его чрезвычайная проводимость делает графен особенно подходящим для малогабаритной электроники, основной интерес авторов заключается в том, как в нем размещаются молекулы почти любого типа, в частности аммиак, которые они помещают между ним и слоем сегнетоэлектрика.
Полярность перехода определяет его сопротивление туннельному току: одно направление позволяет току течь, а другое сильно снижает его. Исследователи обнаружили, что их комбинация графен-аммиак увеличила несоответствие между этими состояниями «включено» и «выключено», что является ценным результатом, который повышает надежность устройств RAM и позволяет им считывать данные без необходимости их перезаписывать.
«Это одно из наиболее важных различий между предыдущей технологией, которая уже была коммерциализирована, и новой сегнетоэлектрической технологией», — сказал Алексей Груверман, профессор физики Чарльза Бесси, соавтор исследования.Сегнетоэлектрические материалы, естественно, обладают качеством «энергонезависимости», что означает, что они сохраняют свою поляризацию — и, следовательно, могут сохранять сохраненную информацию — даже при отсутствии внешнего источника питания.
Однако бесконечно малое пространство между положительными и отрицательными зарядами в туннельном переходе делает поддержание этой поляризации особенно трудным, сказал Груверман.«Во всех устройствах памяти происходит постепенное ослабление или уменьшение этой поляризации», — сказал он. «Чем тоньше сегнетоэлектрический слой, тем труднее разделить эти поляризационные заряды, поскольку в материале есть более сильная движущая сила, которая пытается от него избавиться».Груверман сказал, что комбинация графена и аммиака также дает надежду на решение этой распространенной проблемы, значительно улучшая стабильность поляризации перехода во время исследования.
Соавторами UNL Грувермана были Хайдонг Лу и Дон Джик Ким, постдокторанты в области физики и астрономии; Алексей Липатов, докторант по химии; Евгений Цымбал, профессор физики и астрономии Университета Джорджа Холмса; Александр Синицкий, доцент кафедры химии. Автором исследования также выступили исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон и Московского Института общей и неорганической химии им. Курнакова.
Исследование команды проводилось при поддержке Научно-инженерного центра UNL — части общенациональной сети MRSEC, спонсируемой Национальным научным фондом, — а также при поддержке Министерства энергетики США.