Fonon -ontkoppeling in natuurlijk voorkomende mineraal maakt subatomaire ferro -elektrisch geheugen mogelijk

Een onderzoeksteam heeft ferro -elektrische fenomenen ontdekt die op een subatomaire schaal in het natuurlijke minerale brownmilleriet voorkomen.

Het team werd geleid door Prof. Si-Young Choi van het Department of Materials Science and Engineering en de Department of Semiconductor Engineering bij Postech (Pohang University of Science and Technology), in samenwerking met Prof. Jae-Kwang Lee’s team van Pusan ​​National University, evenals Prof. Woo-Seok Choi’s team van Sungkyunkwan University. Het werk verschijnen in Natuurmaterialen.

Elektronische apparaten slaan gegevens op in geheugeneenheden die domeinen worden genoemd, waarvan de minimale grootte de dichtheid van opgeslagen informatie beperkt. Ferro-elektrisch gebaseerd geheugen is echter geconfronteerd met uitdagingen bij het minimaliseren van de domeingrootte vanwege de collectieve aard van atomaire trillingen.

Het onderzoeksteam vond inspiratie om deze beperkingen in de natuur te overwinnen. Ze concentreerden zich op brownmilleriet, een natuurlijk voorkomend mineraal gekenmerkt door zijn unieke afwisselende lagen tetraëdral (Feo₄) en octaëdral (Feo₆) IJzer-zuurstofstructuren, die lijkt op een sandwich met afwisselende lagen brood en ham.

Opvallend is dat Brownmillerite een speciaal fenomeen vertoont dat bekend staat als Phonon -ontkoppeling. Fononen vertegenwoordigen atomaire trillingen. Normaal gesproken worden atomen in de buurt van atomen ook beïnvloed als atomen ook worden beïnvloed als gevolg van collectieve trillingen. In bruinmilleriet, wanneer de tetraëdrische lagen trillen, blijven de aangrenzende octaëdrische lagen echter meestal onaangetast. Deze unieke eigenschap maakt de selectieve vorming van domeinen in de tetraëdrische lagen mogelijk wanneer een elektrisch veld wordt toegepast.

Dit fenomeen werd bevestigd in verschillende soorten brownmilleriet, zoals dunne films van SRFEO_2.5 en cafeo_2.5 en een enkel kristallijn caféo_2.5. De experimenten van het team toonden aan dat het elektrische veld alleen de tetrahedrale lagen beïnvloedde, waardoor de atoomposities werden gewijzigd terwijl de octaëdrische lagen ongewijzigd achterbleven. Het team demonstreerde verder de bruikbaarheid van dit fenomeen door met succes ferro-elektrische condensatoren en dunne-film transistorapparaten te ontwikkelen op basis van deze structuur.

Indien gecommercialiseerd, wordt verwacht dat deze technologie de ontwikkeling van geheugenapparaten mogelijk maakt die tientallen keer kleiner en sneller zijn dan de huidige modellen. Bijgevolg kunnen de opslagcapaciteit en verwerkingssnelheid van smartphones en computers aanzienlijk worden verbeterd, waardoor de vooruitgang wordt versneld in snelle gegevensverwerkingstechnologieën zoals kunstmatige intelligentie (AI) en autonome voertuigen.

Prof. Si-Young Choi van Postech merkte op: “Deze studie is een voorbeeld van hoe wijsheid die van de natuur is afgeleid, kritische oplossingen kan bieden voor technologische beperkingen. Het ontsluiten van de geheimen van nog steeds niet-uitgesproken natuurlijke fenomenen zou de toepasbaarheid van verschillende geavanceerde technologieën verder kunnen verbeteren.”