(PhysOrg.com) -- Technische onderzoekers van de Universiteit van Michigan hebben een manier gevonden om de prestaties van ferro-elektrische materialen te verbeteren. die het potentieel hebben om geheugenapparaten te maken met meer opslagcapaciteit dan magnetische harde schijven en een hogere schrijfsnelheid en een langere levensduur dan flashgeheugen.

In ferro-elektrisch geheugen dient de richting van de elektrische polarisatie van moleculen als een 0 of een 1 bit. Een elektrisch veld wordt gebruikt om de polarisatie om te keren, dat is hoe gegevens worden opgeslagen.

Met zijn collega's bij U-M en medewerkers van Cornell University, Penn State University, en de Universiteit van Wisconsin, Madison, Xiaoqing Pan, een professor in de UM Department of Materials Science and Engineering, heeft een materiaalsysteem ontworpen dat met regelbare intervallen spontaan kleine nano-spiralen van de elektrische polarisatie vormt, die natuurlijke ontluikende plaatsen kunnen bieden voor de polarisatieomschakeling en dus de kracht verminderen die nodig is om elk bit om te draaien.

"Om de toestand van een ferro-elektrisch geheugen te veranderen, je moet voldoende elektrisch veld leveren om een ​​klein gebied te induceren om de polarisatie te veranderen. Met ons materiaal een dergelijk kiemvormingsproces is niet nodig, " zei Pan. "De nucleatieplaatsen zijn intrinsiek daar bij de materiële interfaces."

Om dit te laten gebeuren, de ingenieurs legden een ferro-elektrisch materiaal op een isolator waarvan de kristalroosters nauw op elkaar leken. De polarisatie veroorzaakt grote elektrische velden aan het ferro-elektrische oppervlak die verantwoordelijk zijn voor de spontane vorming van de ontluikende plaatsen, bekend als "vortex nanodomeinen."

De onderzoekers brachten ook de polarisatie van het materiaal in kaart met atomaire resolutie, wat een belangrijke uitdaging was, gezien de kleinschaligheid. Ze gebruikten beelden van een transmissie-elektronenmicroscoop met sub-angstrom-resolutie in het Lawrence Berkeley National Laboratory. Ze ontwikkelden ook beeldverwerkingssoftware om dit te bereiken.

"Dit soort mapping is nog nooit gedaan, " zei Pan. "Met behulp van deze techniek, we hebben ongebruikelijke vortex-nanodomeinen ontdekt waarin de elektrische polarisatie geleidelijk rond de wervels draait."