Haihtumattomien polarisaatiotilojen manipulointia

Ferrosähköiset materiaalit muuttavat polarisaatiotaan sähkökentän vaikutuksesta ja ovat hyödyllisiä muistin kannalta.

Nämä materiaalit kuitenkin usein väsyvät, kun niiden tiloja vaihdetaan yhtenään, mikä rajoittaa niiden käyttöikää. Ferrosähköisen polarisaation väsyminen tapahtuu kytkennässä syntyvän periytyvän ioniliikkeen vuoksi.

Tämän ongelman ratkaisuksi on löytynyt liukuva ferrosähköisyys, jossa kaksiulotteisissa (2D) van der Waals -materiaaleissa spontaani pystysuora sähköinen polarisaatio syntyy ja kääntyy päinvastaiseksi atomikerrosten liukuessa tasossa toisiinsa nähden.

Tutkijat hyödyntävät liukuvaa ferrosähköisyyttä kehittääkseen seuraavan sukupolven haihtumattomia muisteja ja ferrosähköisiä kenttätransistoreja (FeFET). Tämä uusi menettely tarjoaa suuren tallennustiheyden ja kyvyn säilyttää suorituskykynsä jopa miljoonien kytkentäjaksojen jälkeen

Nyt tutkijat ovat laventaneet idean käyttöä ajankohtaisiin neuroformisiin toteutuksiin.

Nanjingin ilmailu- ja avaruusyliopiston tutkijat esittelivät hiljattain uuden ferroelektrisen transistorin, jossa atominohuiden materiaalien kerrokset voivat hieman liukua toisiinsa nähden.

Työssään he raportoivat tuhansien haihtumattomien polarisaatiotilojen manipuloinnista huoneenlämmössä liukuvassa ferroelektrisessä transistorissa, joka koostuu linjatusta grafeenimonokerroksesta kuusikulmaisen boorinitridin päällä.

Pelkästään lähde-nielupulssien säätelemänä yhdellä seostustasolla voidaan tuottaa 36 lähes jatkuvaa polarisaatiotilaa. Porttijännitteen asettaminen lähde-nielupulssien aikana voi reversiibelisti säätää grafeenin Fermi-energiaa 84 seostustason välillä, mikä nostaa fyysisesti erillisten polarisaatiotilojen määrän 3 024:ään (36 tilaa × 84 seostustasoa).

Nämä polarisaatiotilat voivat säilyä yli 10⁻⁶ sekuntia  ja mahdollisesti jopa 10 vuotta. Runsaat polarisaatiotilat johtuvat todennäköisesti polaaristen domeenien seinämien liikkeestä ja injektoituja varauksenkuljettajia lokalisoivasta moiré-potentiaalista.

Suuri määrä stabiileja tasoja transistoria kohden parantaa suoraan tehokasta painotustarkkuutta, mikä voi vähentää fyysisten synapsien määrää ja kokonaisenergiaa operaatiota kohden neuromorfisissa kiihdyttimissä.

Koska liukuva ferrosähköinen transistori on vain muutaman atomikerroksen paksuinen ja perustuu suhteellisen yksinkertaisiin, tasomaisiin Gr/hBN-heterorakenteisiin, se soveltuu hyvin tiheään integrointiin tulevaisuuden neuromorfisissa siruissa.

Aiheesta aiemmin:

Liukuvaa ferrosähköisyyttä ja timantteja