Wissenschaftler wenden sich dem Hafniumoxid, oder Hafnia, zu, um die Computerspeichertechnologie zu revolutionieren. Dieses Material, das unter anderem von Sobhit Singh von der Universität Rochester untersucht wurde, könnte die Entwicklung von nicht-flüchtigen ferroelektrischen Speichern ermöglichen, was eine schnellere, kostengünstigere und energieeffizientere Alternative zu den aktuellen Technologien bieten würde.
Hafniumoxid zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, seine elektrische Polarisation unter dem Einfluss eines externen elektrischen Feldes zu ändern, eine entscheidende Eigenschaft für die Schaffung von ferroelektrischen Speichern. Diese Speicher behalten ihre Daten auch nach dem Ausschalten, im Gegensatz zu den meisten heute verwendeten Speichern. Der ferroelektrische Zustand von Hafnia, der für diese Anwendungen erforderlich ist, ist jedoch in seinem Grundzustand nicht natürlich stabil. Frühere Forschungen konnten diesen Zustand nur in Form dünner Filme stabilisieren, indem Yttrium hinzugefügt und eine schnelle Abkühlung angewendet wurde.
Ein neuer Durchbruch hat jedoch gezeigt, dass es möglich ist, Hafniumoxid in Masse in seinen ferroelektrischen und antiferroelektrischen Formen durch die Anwendung von Druck zu stabilisieren, eine Entdeckung, die den Weg für seine Nutzung in neuen Generationen von Datenspeicher- und Energietechnologien öffnet. Diese Methode erfordert weniger Yttrium, wodurch Verunreinigungen verringert und die Qualität des Materials verbessert werden.
Die gemeinsame Anstrengung von theoretischen Berechnungen und Experimenten unter hohem Druck, die vom Team der Professorin Janice Musfeldt an der Universität von Tennessee, Knoxville, durchgeführt wurden, hat die Machbarkeit dieses Ansatzes bestätigt. Jetzt ist das Ziel, die Verwendung von Yttrium weiter zu reduzieren, um massenhaft ferroelektrisches Hafnia herzustellen, wodurch diese Technologie für verschiedene Anwendungen zugänglicher wird.
Hafniumoxid zeigt in einer spezifischen kristallinen Phase vielversprechende ferroelektrische Eigenschaften für die Datenspeicherung und Hochleistungsrechnen.
Kredit: Illustration der Universität von Rochester / Michael Osadciw
Diese Forschung unterstreicht die Bedeutung der interdisziplinären Zusammenarbeit bei der Weiterentwicklung der Computermemorietechnologien. Während Hafniumoxid weiterhin aufgrund seiner einzigartigen ferroelektrischen Eigenschaften Aufmerksamkeit erregt, streben Wissenschaftler unter der Leitung von Singh danach, seine potenziellen Anwendungen weiter zu erforschen, womit eine Revolution im Bereich der Datenspeicherung in Aussicht gestellt wird.
Quelle: Proceedings of the National Academy of Sciences