Les scientifiques et les ingénieurs s’efforcent depuis une décennie d’exploiter un matériau ferroélectrique insaisissable appelé oxyde d’hafnium, ou hafnia, pour inaugurer la prochaine génération de mémoire informatique. Une équipe de chercheurs, dont Sobhit Singh de l#39Université de Rochester, a publié une étude des Actes de l#39Académie nationale des sciences décrivant les progrès réalisés vers la mise à disposition de hafnia ferroélectrique et antiferroélectrique en vrac pour une utilisation dans diverses programs.
Dans une phase cristalline spécifique, la hafnia présente des propriétés ferroélectriques, c#39est-à-dire une polarisation électrique qui peut être modifiée dans un sens ou dans l#39autre en appliquant un champ électrique externe. Cette fonctionnalité peut être exploitée dans la technologie de stockage de données. Lorsqu#39elle est utilisée en informatique, la mémoire ferroélectrique présente l#39avantage d#39être non volatile, ce qui signifie qu#39elle conserve ses valeurs même lorsqu#39elle est hors pressure, l#39un des nombreux avantages par rapport à la plupart des sorts de mémoire utilisés aujourd#39hui.
« L#39Hafnia est un matériau très intéressant en raison de ses applications pratiques en technologie informatique, notamment pour le stockage de données », explique Singh, professeur adjoint au Département de génie mécanique. « Actuellement, pour stocker les données, nous utilisons des formes de mémoire magnétiques qui sont lentes, nécessitent beaucoup d#39énergie pour fonctionner et ne sont pas très efficaces. Les formes de mémoire ferroélectriques sont robustes, extremely-rapides, moins chères à produire et moreover économes en énergie. « .
Mais Singh, qui effectue des calculs théoriques pour prédire les propriétés des matériaux au niveau quantique, affirme que l#39hafnia en vrac n#39est pas ferroélectrique dans son état fondamental. Jusqu#39à récemment, les scientifiques ne pouvaient amener l#39hafnia à son état ferroélectrique métastable qu#39en le soumettant à une fantastic couche bidimensionnelle d#39une épaisseur nanométrique.
En 2021, Singh faisait partie d’une équipe de scientifiques de l’Université Rutgers qui ont permis à l’hafnia de rester dans son état ferroélectrique métastable en alliant le matériau avec de l’yttrium et en le refroidissant rapidement. Pourtant, cette approche présentait certains inconvénients. « Il a fallu beaucoup d#39yttrium pour atteindre la stage métastable souhaitée », dit-il. « Ainsi, même si nous avons atteint notre objectif, nous avons en même temps gêné de nombreuses caractéristiques clés du matériau, motor vehicle nous introduisions beaucoup d#39impuretés et de désordre dans le cristal. La dilemma est devenue : comment pouvons-nous y parvenir ? état métastable avec le moins d#39yttrium feasible pour améliorer les propriétés du matériau résultant ? »
Dans la nouvelle étude, Singh a calculé qu#39en appliquant une pression significative, on pourrait stabiliser l#39hafnia en vrac sous ses formes ferroélectriques et antiferroélectriques métastables, toutes deux intéressantes pour des applications pratiques dans les systems de stockage de données et d#39énergie de nouvelle génération. Une équipe dirigée par le professeur Janice Musfeldt de l#39Université du Tennessee à Knoxville a réalisé des expériences à haute pression et a démontré qu#39à la pression prévue, le matériau se transformait en period métastable et y restait même lorsque la pression était supprimée.
« Il s#39agit d#39un fantastic exemple de collaboration expérimentale et théorique », déclare Musfeldt.
La nouvelle approche ne nécessitait qu#39environ la moitié de la quantité d#39yttrium comme stabilisant, améliorant ainsi considérablement la qualité et la pureté des cristaux de hafnia cultivés. Maintenant, Singh dit que lui et les autres scientifiques s#39efforceront d#39utiliser de moins en moins d#39yttrium jusqu#39à ce qu#39ils trouvent un moyen de produire de la hafnia ferroélectrique en masse pour une utilisation généralisée.
Et alors que la hafnia continue d#39attirer une awareness croissante en raison de sa ferroélectricité fascinante, Singh organise une séance de dialogue sur ce matériau lors de la prochaine réunion de mars 2024 de l#39American Actual physical Culture.
