(PhysOrg.com) -- Nieuwe eigenschappen van ferro-elektrische materialen die zijn ontdekt in het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy brengen wetenschappers een stap dichter bij het realiseren van een nieuw paradigma van elektronische geheugenopslag.

Een nieuwe studie onder leiding van Peter Maksymovych van ORNL en gepubliceerd in het tijdschrift van de American Chemical Society Nano-letters bleek dat, in tegenstelling tot eerdere veronderstellingen, domeinwanden in ferro-elektrische materialen fungeren als dynamische geleiders in plaats van statische.

domein muren, de scheidingszones die slechts enkele atomen breed zijn tussen tegengestelde polarisatietoestanden in ferro-elektrische materialen, waarvan bekend is dat ze leiden, maar de oorsprong van de geleidbaarheid is onduidelijk gebleven.

"Onze metingen hebben aangetoond dat subtiele en microscopisch omkeerbare vervormingen of knikken in de domeinwand de kern vormen van de dynamische geleidbaarheid, "Zei Maksymovych. "De domeinmuur in zijn evenwichtstoestand is geen echte geleider zoals een stijf stuk koperdraad. Als je het begint te vervormen door een elektrisch veld aan te leggen, het wordt een veel betere dirigent."

Ferro-elektriciteit, een unieke klasse van materialen die reageren op de toepassing van een elektrisch veld door hun polarisatie microscopisch te veranderen, worden al gebruikt in toepassingen zoals sonar, medische beeldvorming, brandstofinjectoren en vele soorten sensoren.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers willen de grenzen van ferro-elektriciteit verleggen door gebruik te maken van de eigenschappen van materialen op gebieden als geheugenopslag en nano-elektronica. Het verkrijgen van een gedetailleerd begrip van elektrische geleiding in domeinmuren wordt gezien als een cruciale stap in de richting van deze toepassingen van de volgende generatie.

"Deze studie toont voor het eerst aan dat de dynamiek van deze defecten - de domeinmuren - een veel rijkere bron van geheugenfunctionaliteit zijn, "Zei Maksymovych. "Het blijkt dat je het niveau van de geleidbaarheid in de domeinmuur kunt instellen, waardoor het een afstembare, metastabiel, dynamisch geheugenelement."

Het afstembare karakter van de domeinmuur verwijst naar de vertraagde reactie op veranderingen in geleidbaarheid, waar het uitschakelen van een elektrisch veld geen onmiddellijke daling van de geleiding veroorzaakt. In plaats daarvan, de domeinmuur "onthoudt" het laatste niveau van geleiding voor een bepaalde tijdsperiode en ontspant zich dan in zijn oorspronkelijke staat, een fenomeen dat bekend staat als memristance. Dit soort gedrag is anders dan traditionele elektronica, die vertrouwen op siliciumtransistors die fungeren als aan-uitschakelaars wanneer elektrische velden worden toegepast.

"Het vinden van functionaliteit die intrinsiek is aan systemen op nanoschaal die op een nieuwe manier kunnen worden bestuurd, is geen manier om te concurreren met silicium, maar het suggereert een levensvatbaar alternatief voor silicium voor een nieuw paradigma in elektronica, ' zei Maksymovitsj.

Het door ORNL geleide team richtte zich op bismutferrietmonsters, maar onderzoekers verwachten dat de waargenomen eigenschappen van domeinwanden ook zullen gelden voor vergelijkbare materialen.

"Het resulterende memristive-achtige gedrag is waarschijnlijk algemeen voor ferro-elektrische domeinwanden in halfgeleidende ferro-elektrische en multiferroïsche materialen, ", zei ORNL-co-auteur Sergei Kalinin.

De monsters die in het onderzoek werden gebruikt, werden geleverd door de University of California in Berkeley. Andere auteurs zijn Arthur Baddorf van ORNL, Jan Seidel en Ramamoorthy Ramesh van Lawrence Berkeley National Laboratory en UC Berkeley, en Pingping Wu en Long-Qing Chen van de Pennsylvania State University.