Спрос на энергоэффективные вычислительные чипы растет вместе с популярностью смартфонов, ноутбуков и фитнес-трекеров. Исследователи нашли способ изменить свойства распространённого полупроводникового материала для более быстрой обработки и хранения данных.

Изображение: Phys.org    

Группа ученых из Калифорнийского университета в Беркли, Национальной лаборатории Лоуренса и SLAC работала с диоксидом титана. Этот материал широко используют в чипах как диэлектрик — он накапливает заряд, но не проявляет электрической поляризации.

Специалисты уменьшили толщину пленок TiO₂ до значений ниже 3 нанометров (это примерно диаметр одной нити человеческой ДНК). Материал стал сегнетоэлектриком: он получил спонтанную поляризацию, которую можно переключать электрическим полем.

Руководитель исследования Саиф Салахуддин признался, что результат удивил группу. Новое свойство сохраняется даже в пленках толщиной около 1 нанометра — примерно две элементарные ячейки. Уменьшение толщины меняет кристаллическую структуру материала. Это создает встроенную электрическую поляризацию, обратимую под действием поля.

Сегнетоэлектрики давно привлекают разработчиков чипов. Они могут лечь в основу энергонезависимой памяти и новых вычислительных технологий. Проблема была в том, чтобы найти такой материал, который хорошо сочетается с существующим кремниевым производством. Диоксид титана решает эту задачу.

Ученые также отмечает, что подобный эффект может проявляться и у других оксидов, которые используют в полупроводниковой промышленности. Это позволит управлять свойствами материалов на атомном уровне для дальнейшего применения в энергоэффективных вычислительных устройствах.