Ricercatori dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca, insieme ai loro colleghi dalla Germania e dagli Stati Uniti, hanno raggiunto una svolta nei dispositivi di memoria non volatile. Il team ha ideato un metodo unico per misurare la distribuzione del potenziale elettrico attraverso un condensatore ferroelettrico, che potrebbe portare alla creazione di ordini di grandezza di memoria più veloci delle attuali unità flash e a stato solido, sopportando 1 milione di volte il numero di cicli di riscrittura. Il documento è stato pubblicato in Nanoscala .

La memoria a base di biossido di afnio si basa su un dielettrico già noto all'industria della microelettronica. Sottoposto a trattamento termico e alligazione, uno strato di biossido di afnio su scala nanometrica può formare cristalli metastabili che possiedono proprietà ferroelettriche, cioè essi "ricordano" la direzione del campo elettrico ad essi applicato.

La nuova cella di memoria è un film di ossido di zirconio-afnio spesso 10 nanometri intercalato tra due elettrodi. La sua struttura ricorda un condensatore elettrico convenzionale. Per rendere i condensatori ferroelettrici utilizzabili come celle di memoria, la loro polarizzazione residua deve essere massimizzata; e per garantire che, gli ingegneri hanno bisogno di una comprensione dettagliata dei processi che si verificano nel nanofilm. Ciò implica spiegare come il potenziale elettrico è distribuito attraverso il film dopo l'applicazione della tensione e l'inversione di polarizzazione. Dalla scoperta di una fase ferroelettrica nell'ossido di afnio 10 anni fa, la distribuzione potenziale su scala nanometrica è stata solo modellata, ma non direttamente misurato. Quest'ultimo è stato riportato nel recente articolo in Nanoscala .

Il team ha impiegato una tecnica nota come spettroscopia di fotoemissione di raggi X ad alta energia. La metodologia specializzata sviluppata al MIPT si basa sulla cosiddetta modalità ad onda stazionaria del potente fascio di raggi X monocromatico, che richiede una sorgente di luce di sincrotrone per produrre. La macchina utilizzata nello studio si trova ad Amburgo, Germania. È stato utilizzato per eseguire misurazioni sui prototipi di celle di memoria a base di ossido di afnio prodotti al MIPT.

"Se utilizzato per la produzione industriale di celle di memoria non volatili, i condensatori ferroelettrici sviluppati nel nostro laboratorio potrebbero sopportare 10 miliardi di cicli di riscrittura, che è 100, 000 volte più di quanto possano sopravvivere le unità flash all'avanguardia, ", ha affermato il coautore dello studio Andrei Zenkevich, che dirige il Laboratorio di materiali e dispositivi funzionali per la nanoelettronica al MIPT.

Un ulteriore vantaggio dei dispositivi di memoria ferroelettrici è che le radiazioni esterne non hanno assolutamente alcun effetto su di essi, a differenza dei loro analoghi basati su semiconduttori. Ciò significa che la memoria simile a un flash del futuro potrebbe persino resistere all'esposizione ai raggi cosmici e operare nello spazio.