Een nieuw modelleringsonderzoek heeft onthuld hoe ferro-elektrisch computergeheugen werkt. De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials, biedt nieuwe inzichten in de fundamentele fysica van ferro-elektrische materialen en zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe, efficiëntere computergeheugenapparaten.

Ferro-elektrische materialen zijn materialen die een spontane elektrische polarisatie vertonen. Dit betekent dat ze een permanent elektrisch dipoolmoment hebben, zelfs als er geen extern elektrisch veld is. Deze eigenschap maakt ferro-elektrische materialen ideaal voor gebruik in computergeheugenapparaten, omdat ze informatie kunnen opslaan in de vorm van elektrische ladingen.

De nieuwe studie geeft een gedetailleerd inzicht in de microscopische mechanismen die aanleiding geven tot ferro-elektriciteit in materialen. De studie werd uitgevoerd door een team onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, onder leiding van professor Ramamoorthy Ramesh.

De onderzoekers gebruikten een combinatie van theoretische modellering en experimentele metingen om de eigenschappen van ferro-elektrische materialen te onderzoeken. Ze ontdekten dat de ferro-elektrische eigenschappen van deze materialen worden bepaald door de interacties tussen de elektrische dipolen van de atomen waaruit het materiaal bestaat.

De onderzoekers ontdekten ook dat de ferro-elektrische eigenschappen van materialen kunnen worden gecontroleerd door een extern elektrisch veld aan te leggen. Deze bevinding zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe, efficiëntere computergeheugenapparaten die ferro-elektrische materialen gebruiken.

De nieuwe studie is een belangrijke doorbraak in het begrip van ferro-elektrische materialen. De bevindingen zouden kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe, efficiëntere computergeheugenapparaten, evenals andere elektronische apparaten die ferro-elektrische materialen gebruiken.

Ferrerolektrische materialen

Ferro-elektrische materialen zijn een klasse materialen die een spontane elektrische polarisatie vertonen. Dit betekent dat ze een permanent elektrisch dipoolmoment hebben, zelfs als er geen extern elektrisch veld is. Deze eigenschap maakt ferro-elektrische materialen ideaal voor gebruik in computergeheugenapparaten, omdat ze informatie kunnen opslaan in de vorm van elektrische ladingen.

De spontane elektrische polarisatie van ferro-elektrische materialen wordt veroorzaakt door de uitlijning van de elektrische dipolen van de atomen waaruit het materiaal bestaat. Bij afwezigheid van een extern elektrisch veld zijn deze dipolen willekeurig georiënteerd en heeft het materiaal geen netto elektrische polarisatie. Wanneer echter een extern elektrisch veld wordt aangelegd, richten de dipolen zich in de richting van het veld en wordt het materiaal gepolariseerd.

De polarisatie van ferro-elektrische materialen kan worden omgekeerd door een extern elektrisch veld in de tegenovergestelde richting aan te leggen. Deze eigenschap staat bekend als hysteresis en zorgt ervoor dat ferro-elektrische materialen kunnen worden gebruikt in computergeheugenapparaten.

Computergeheugen

Computergeheugen wordt gebruikt om informatie op te slaan in de vorm van elektrische ladingen. Het meest voorkomende type computergeheugen is dynamisch willekeurig toegankelijk geheugen (DRAM), dat condensatoren gebruikt om ladingen op te slaan. DRAM is echter relatief traag en verbruikt veel energie. Ferro-elektrisch geheugen is een type niet-vluchtig geheugen dat ferro-elektrische materialen gebruikt om ladingen op te slaan. Ferro-elektrisch geheugen is sneller en energiezuiniger dan DRAM, maar ook duurder.

De nieuwe studie zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe, efficiëntere ferro-elektrische geheugenapparaten die qua prijs vergelijkbaar zijn met DRAM. Dit zou kunnen leiden tot een aanzienlijke verbetering van de prestaties van computers en andere elektronische apparaten.