Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойТехнологииПрорыв в Hafnia открывает путь к созданию сверхбыстрой, эффективной и дешевой компьютерной...

Прорыв в Hafnia открывает путь к созданию сверхбыстрой, эффективной и дешевой компьютерной памяти

- Advertisement -

Ученые продвигают использование оксида гафния (гафния) для следующего поколения энергонезависимой вычислительной памяти, предлагая значительные преимущества перед существующими технологиями. Фото: SciTechDaily.com

Ученые описывают новые процессы использования сегнетоэлектрических свойств гафнии с целью повышения производительности вычислений.

В течение последнего десятилетия ученые и инженеры стремились использовать неуловимый сегнетоэлектрический материал, называемый оксидом гафния или гафнией, для создания следующего поколения вычислительной памяти. Группа исследователей, в том числе Собхит Сингх из Рочестерского университета, опубликовала исследование. Труды Национальной академии наук исследование, в котором описывается прогресс в обеспечении доступности объемного сегнетоэлектрика и антисегнетоэлектрика гафния для использования в различных приложениях.

В определенной кристаллической фазе гафний проявляет сегнетоэлектрические свойства, то есть электрическую поляризацию, которую можно изменять в ту или иную сторону путем приложения внешнего электрического поля. Эту функцию можно использовать в технологии хранения данных. При использовании в вычислениях сегнетоэлектрическая память обладает преимуществом энергонезависимости, то есть сохраняет свои значения даже при выключении питания, что является одним из нескольких преимуществ по сравнению с большинством типов памяти, используемых сегодня.

В определенной кристаллической фазе оксид гафния, или гафния, проявляет сегнетоэлектрические свойства, которые ученые пытались использовать в течение многих лет. Теоретики из Рочестерского университета помогли сделать важный шаг к тому, чтобы сделать объемные сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики гафния доступными для использования в различных приложениях, включая высокопроизводительные вычисления. Фото: иллюстрация Рочестерского университета / Майкл Осадчив.

Потенциал сегнетоэлектрической памяти

«Хафния — очень интересный материал из-за его практического применения в компьютерных технологиях, особенно для хранения данных», — говорит Сингх, доцент кафедры машиностроения. «В настоящее время для хранения данных мы используем магнитные формы памяти, которые медленны, требуют много энергии для работы и не очень эффективны. Сегнетоэлектрические формы памяти надежны, сверхбыстры, дешевле в производстве и более энергоэффективны».

Но Сингх, который проводит теоретические расчеты для предсказания свойств материала на квантовом уровне, говорит, что объемная гафния не является сегнетоэлектриком в своем основном состоянии. До недавнего времени ученые могли перевести гафнию в его метастабильное сегнетоэлектрическое состояние только при растяжении его в виде тонкой двумерной пленки нанометровой толщины.

Достижения в области материаловедения

В 2021 году Сингх входил в группу ученых из Университета Рутгерса, которые сумели сохранить гафнию в метастабильном сегнетоэлектрическом состоянии, легировав материал иттрием и быстро охладив его. Однако этот подход имел некоторые недостатки. «Чтобы достичь желаемой метастабильной фазы, потребовалось много иттрия», — говорит он. «Итак, хотя мы и достигли того, к чему стремились, в то же время мы препятствовали реализации многих ключевых свойств материала, поскольку вносили в кристалл много примесей и беспорядка. Вопрос заключался в том, как мы можем достичь этого метастабильного состояния с как можно меньшим количеством иттрия, чтобы улучшить свойства получаемого материала?»

В новом исследовании Сингх подсчитал, что, применяя значительное давление, можно стабилизировать объемную гафнию в ее метастабильных сегнетоэлектрических и антисегнетоэлектрических формах, которые представляют интерес для практического применения в технологиях хранения данных и энергии следующего поколения. Команда под руководством профессора Дженис Масфельдт из Университета Теннесси в Ноксвилле провела эксперименты при высоком давлении и продемонстрировала, что при предсказанном давлении материал превращался в метастабильную фазу и оставался там, даже когда давление было снято.

«Это отличный пример экспериментально-теоретического сотрудничества», — говорит Мусфельдт.

Новый подход требовал примерно вдвое меньше иттрия, чем стабилизатор, что значительно улучшало качество и чистоту выращенных кристаллов гафнии. Теперь Сингх говорит, что он и другие ученые будут настаивать на использовании все меньше и меньше иттрия, пока не найдут способ массового производства сегнетоэлектрического гафния для широкого использования.

И поскольку гафния продолжает привлекать все большее внимание из-за своего интригующего сегнетоэлектричества, Сингх организует приглашенную фокус-сессию по этому материалу на предстоящем мартовском собрании Американского физического общества в 2024 году.

Ссылка: «Структурно-фазовая очистка объемного HfO2«Y через циклическое изменение давления» Дж.Л. Мусфельдта, Собхита Сингха, Шию Фань, Яньхун Гу, Сянхань Сюй, С.-В. Чеонг, З. Лю, Дэвид Вандербильт и Карин М. Рабе, 24 января 2024 г., Труды Национальной академии наук.
DOI: 10.1073/pnas.2312571121

Финансирование: Министерство энергетики/Министерство энергетики США, Фонд Гордона и Бетти Мур, Управление военно-морских исследований, Национальный научный фонд.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме