Onderzoekers van het Moskouse Instituut voor Natuurkunde en Technologie, samen met hun collega's uit Duitsland en de VS, hebben een doorbraak bereikt in niet-vluchtige geheugenapparaten. Het team bedacht een unieke methode om de elektrische potentiaalverdeling over een ferro-elektrische condensator te meten, wat zou kunnen leiden tot het creëren van geheugen dat orden van grootte sneller is dan de huidige flash- en solid-state schijven, bestand tegen 1 miljoen keer zoveel herschrijfcycli. De krant is gepubliceerd in nanoschaal .

Op hafniumdioxide gebaseerd geheugen is gebaseerd op een diëlektricum dat al bekend is in de micro-elektronica-industrie. Onderworpen aan temperatuurbehandeling en legering, een hafniumdioxidelaag op nanometerschaal kan metastabiele kristallen vormen die ferro-elektrische eigenschappen bezitten, dat wil zeggen, ze "herinneren" de richting van het elektrische veld dat op hen wordt toegepast.

De nieuwe geheugencel is een zirkonium-hafniumoxidefilm van 10 nanometer dik die tussen twee elektroden is gelegd. De structuur lijkt op een conventionele elektrische condensator. Om ferro-elektrische condensatoren bruikbaar te maken als geheugencellen, hun resterende polarisatie moet worden gemaximaliseerd; en om ervoor te zorgen dat ingenieurs hebben een gedetailleerd begrip nodig van de processen die plaatsvinden in de nanofilm. Dit houdt in dat wordt uitgelegd hoe de elektrische potentiaal over de film wordt verdeeld na het aanbrengen van spanning en polarisatie-omkering. Sinds de ontdekking van een ferro-elektrische fase in hafniumoxide 10 jaar geleden, de potentiaalverdeling op nanoschaal is alleen gemodelleerd, maar niet direct gemeten. Dit laatste is gemeld in de recente krant in nanoschaal .

Het team gebruikte een techniek die bekend staat als röntgenfoto-emissiespectroscopie met hoge energie. De gespecialiseerde methodologie die bij MIPT is ontwikkeld, is gebaseerd op de zogenaamde staande-golfmodus van de krachtige monochromatische röntgenstraal, waarvoor een synchrotron-lichtbron nodig is om te produceren. De machine die in het onderzoek is gebruikt, staat in Hamburg, Duitsland. Het werd gebruikt om metingen uit te voeren op de op hafniumoxide gebaseerde geheugencelprototypes die bij MIPT zijn vervaardigd.

"Indien gebruikt voor de industriële productie van niet-vluchtige geheugencellen, de ferro-elektrische condensatoren die in ons laboratorium zijn ontwikkeld, kunnen 10 miljard herschrijfcycli doorstaan, dat is 100, 000 keer meer dan state-of-the-art flash drives kunnen overleven, " zei co-auteur Andrei Zenkevich, die aan het hoofd staat van het Laboratorium voor Functionele Materialen en Apparaten voor Nano-elektronica bij MIPT.

Een ander voordeel van ferro-elektrische geheugenapparaten is dat externe straling er absoluut geen effect op heeft, in tegenstelling tot hun op halfgeleiders gebaseerde analogen. Dit betekent dat het flitsachtige geheugen van de toekomst zelfs de blootstelling aan kosmische straling kan doorstaan ​​en in de ruimte kan werken.