کشف رفتار قابل پیش بینی در مواد مورد استفاده در حافظه - وبلاگ ساعت دیواری

به گزارش وبلاگ ساعت دیواری، پژوهشگران رفتار جالبی را در دی اکسیدزیرکونیم مشاهده کردند که راستا استفاده از آن ها در محصولاتی نظیر حافظه را هموار می نماید.

به گزارش گروه دانشگاه وبلاگ ساعت دیواری، به نقل از ستاد فناوری نانو، در چند سال اخیر، دسته ای از مواد به نام آنتی فروالکتریک به طور فزاینده ای برای کاربرد در حافظه کامپیوتر های مدرن مورد مطالعه قرار گرفته است. تحقیقات نشان داده است که حافظه های مبتنی بر ضد فروالکتریک ممکن است بازده انرژی بیشتر و سرعت خواندن و نوشتن سریع تر نسبت به حافظه های معمولی داشته باشند. علاوه بر این، همان ترکیباتی که می توانند رفتار ضد فروالکتریک از خود نشان دهند، در حال حاضر در فرآیند های فراوری تراشه های نیمه هادی موجود استفاده می شوند.

اکنون، تیمی به رهبری محققان موسسه فناوری جورجیا رفتار غیرمنتظره ای در ماده ضد فروالکتریک به نام دی اکسید زیرکونیوم یا زیرکونیا کشف نموده اند. آن ها نشان می دهند که با کاهش مقدار ریزساختار مواد، رفتاری مشابه با مواد فروالکتریک در این ذرات دیده می گردد. این یافته ها در مجله Advanced Electronic Materials منتشر شده است.

کوچک سازی مدار ها در پنجاه سال گذشته نقش کلیدی در بهبود عملکرد حافظه داشته است. دانستن اینکه چگونه خواص یک آنتی فروالکتریک با کوچک شدن مقدار تغییر می نماید، طراحی اجزای حافظه موثرتر را ممکن می سازد.

محققان خاطرنشان می نمایند که این یافته ها باید در بسیاری از زمینه های دیگر علاوه بر حافظه نیز تأثیر داشته باشد.

آنتی فروالکتریک ها دارای طیف وسیعی از خواص منحصر به فرد مانند قابلیت اطمینان بالا، استقامت ولتاژ بالا و دمای عملیاتی وسیع هستند که آن ها را در تعداد زیادی از دستگاه های مختلف از جمله خازن های با چگالی انرژی بالا، مبدل ها و مدار های الکترواپتیک مفید می نماید. نازنین بصیری غرب، نویسنده مقاله و استاد دانشکده مهندسی مکانیک وودراف و دانشکده علوم و مهندسی مواد در جورجیا تک، گفت: شما می توانید دستگاه خود را طراحی کنید و آن را کوچکتر کنید و دقیقاً بدانید که مواد چگونه کار می نماید.

ویژگی شاخص مواد ضد فروالکتریک، واکنش عجیب آن به یک میدان الکتریکی خارجی است. این پاسخ ترکیبی از ویژگی های مواد غیر فروالکتریک و فروالکتریک است که به شدت در فیزیک و علم مواد مورد مطالعه قرار گرفته اند.

برای فروالکتریک، قرار گرفتن در معرض یک میدان الکتریکی خارجی با قدرت کافی باعث می گردد که ماده به شدت قطبی گردد. حتی زمانی که میدان الکتریکی خارجی حذف می گردد، این قطبش ادامه می یابد، شبیه به اینکه چگونه یک میخ آهنی می تواند برای همواره مغناطیسی گردد.

رفتار یک ماده فروالکتریک به مقدار آن نیز بستگی دارد. همانطور که یک نمونه از مواد نازک تر می گردد، مطابق با یک قانون دقیق و قابل پیش بینی به نام قانون Janovec-Kay-Dunn (JKD) به میدان الکتریکی قوی تری برای ایجاد یک قطبش دائمی احتیاج است.

در مقابل، اعمال میدان الکتریکی خارجی به یک ضد فروالکتریک در ابتدا باعث قطبی شدن آن نمی گردد. با این حال، با افزایش قدرت میدان خارجی، یک ماده ضد فروالکتریک در نهایت به فاز فروالکتریک سوئیچ می نماید.

در این کار تازه، محققان دریافتند که ضد فروالکتریک های زیرکونیایی نیز از چیزی شبیه به قانون JKD تبعیت می نمایند. با این حال، بر خلاف فروالکتریک، ریزساختار مواد نقش کلیدی ایفا می نماید. قدرت میدان بحرانی در الگوی JKD به طور خاص متناسب است با مقدار ساختار هایی که به عنوان کریستالیت های درون ماده شناخته می شوند. برای یک کریستالیت کوچکتر، یک میدان بحرانی قوی تر ضروری است تا یک ماده ضد فروالکتریک به فاز فروالکتریک آن تبدیل گردد، حتی اگر نازکی نمونه ثابت بماند.

آصف خان گفت: قانون پیش بینی نماینده ای وجود نداشت که نشان دهد چگونه ولتاژ سوئیچینگ با کوچک سازی این دستگاه های اکسید ضد فروالکتریک تغییر می نماید.

به گفته محققان، پیش از این، فراوری ضد فروالکتریک های نازک در مقدار های مشابه فروالکتریک سخت بود. نجحت تسنیم، دانشجوی دکترا که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، به گفته خان روز و شب را در آزمایشگاه گذراند تا فیلم های اکسید زیرکونیوم ضد فروالکتریک بدون نشتی با مقدار تک نانومتری را پردازش و فراوری کند. به گفته خان، گام بعدی این است که محققان دقیقاً چگونگی کنترل مقدار کریستالیت را بیابند و از این طریق خواص مواد را برای استفاده در مدار ها تنظیم نمایند.

این گروه با محققان دانشگاه چارلز در جمهوری چک و دانشگاه آندرس بلو در شیلی برای معین مشخصات پراش اشعه ایکس و محاسبات مبتنی بر اصول اولیه همکاری کردند.