(Nanowerk Haberleri) Ferroelektrik malzemeler kendiliğinden elektriksel polarizasyona sahip maddelerdir. Polarizasyon, bir malzeme içindeki negatif ve pozitif yüklerin ayrılmasını ifade eder. Ferroelektrik malzemeler için bu, malzemenin önceki durumuna ilişkin "hafızanın" (histerezis olarak anılır), bilgileri sabit diskler gibi manyetik depolama cihazlarına benzer şekilde depolayabildiği anlamına gelir. Hafniyum elementine dayanan ferroelektrik malzemeler gelecek vaat ediyor çünkü günümüzün silikon bilgisayar devreleriyle diğer potansiyel malzemelere göre daha uyumlular. Geçmişte araştırmacılar ultra ince filmlerde ferroelektriklik elde etmişti. Bu filmler hassas olabilir ve kullanımı zor olabilir. Bilim adamları şimdi, hafniyum bazlı bir bileşikten, toplu itriyum katkılı hafniyum dioksitten yapılmış kristallerde oda sıcaklığında ferroelektrikliğin ilk deneysel kanıtını bildirdiler (Doğa Malzemeleri, "Yığın halinde tek kristalli HfO'da kinetik olarak stabilize edilmiş ferroelektriklik2:E”). İtriyum (kısmen gölgeli turuncu) katkılı hafnia dioksit kristallerinin yapısı, harici elektrik alanı tersine çevrildikçe yön değiştiren ferroelektrik polarizasyon (mavi oklar) sergiler. (Resim”: Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı) Hafnia bazlı ferroelektrik malzemelerin bilgisayar belleği için birçok faydası vardır. Yüksek hız, dayanıklılık, daha düşük çalışma gücü ve güç kapatıldığında verileri saklama yeteneği sunarlar. Ancak araştırmacılar bu materyalleri tam olarak anlayamıyorlar. Bu araştırma, yenilikçi bir toplu hafnia bazlı ferroelektrik malzeme geliştirdi. Sonuçlar, bu malzemelerin nasıl davrandığına ve bunların nasıl kontrol edileceğine dair bilgiler sağlar. Sonuçlar aynı zamanda malzemelerin üst boyut sınırını da kaldırarak bu tür malzemelerin gerçek dünya uygulamalarında kullanımını kolaylaştırıyor. Büyük numune boyutu, malzemenin ferroelektrik özelliklerini daha iyi anlamak için daha fazla deney yapılmasına yardımcı olacaktır. Bu da araştırmacıların yeni nesil kalıcı bellek cihazları oluşturmasına yardımcı olacak. Intel'in kurucu ortağı Gordon Moore, 1965 yılında, bir bilgisayar çipindeki transistör sayısının her iki yılda bir ikiye katlanacağını öne sürmüştü; bu, Moore Yasası olarak bilinen bir tahmindi. O zamandan bu yana çip üreticileri bu minyatürleştirme oranını korumayı başardılar ancak fizik yasaları nedeniyle artan zorluklarla karşı karşıya kaldılar. Hafnia bazlı ferroelektrik malzemeler, kalıcı bellek cihazlarının daha da minyatürleştirilmesine yardımcı olabilir, ancak araştırmacılar malzemenin toplu bir formunu geliştirmedi. Bu araştırmada geliştirilen yeni toplu ferroelektrik itriyum katkılı hafniyum dioksit, bu tür bir gelişmeyi mümkün kılabilir, hafniyanın bilgisayar çiplerinde daha fazla kullanılmasına ve Moore Yasasının genişletilmesine yol açabilir. Rutgers Üniversitesi liderliğindeki bir araştırmacı ekibi, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki Enerji Bakanlığı'nın (DOE) bir kullanıcı tesisi olan Spallation Neutron Source'ta genel amaçlı bir toz difraktometre cihazı olan POWGEN'i kullanarak itriyum katkılı hafniyum dioksit üzerinde nötron tozu kırınım ölçümleri gerçekleştirdi ( ORNL). POWGEN, yeni çok kristalli malzemelerin kristal, manyetik ve yerel yapılarını karakterize etmeyi sağlayan yüksek çözünürlüklü bir nötron tozu difraktometresidir. Ekip, çeşitli itriyum katkılı seviyelerde itriyum katkılı hafniyum dioksitin tek kristallerini sentezledi ve bunları karakterizasyon için toz haline getirdi. POWGEN verileri, belirli doping seviyelerinde yığın fazların stabil olduğunu ve oksijen atomlarının tersinir polarizasyona olanak sağlayacak şekilde kaydığını gösterdi; böylece hafnianın oda sıcaklığındaki ferroelektrikliği doğrulandı. Polarizasyon-elektrik alan histerezis döngüsü ve hesaplamalı simülasyonlar dahil olmak üzere diğer ölçümler, gelecekteki hafnia tabanlı teknolojilere doğru atılan önemli bir adımı temsil eden yapısal analizleri destekledi.