Достижение ученых будет способствовать разработке электронных устройств со сверхнизким энергопотреблением, а также компонентов для квантовых компьютеров следующего поколения.
Полупроводниковые компоненты смартфонов и компьютеров, которыми мы пользуемся каждый день, также должны быть значительно тоньше, чтобы устройства были тоньше и легче. Однако традиционные сегнетоэлектрические материалы, используемые для хранения информации, имеют ограничения: их производительность резко снижается при уменьшении толщины, и для их обработки часто требуются сложные процессы. Поэтому активно ведутся исследования новых подходов, которые позволят реализовать свойства памяти (сегнетоэлектричество) в ультратонких материалах без использования традиционных сегнетоэлектрических материалов.
Исследовательская группа из KAIST решила эту проблему с помощью нелогичного на первый взгляд подхода, который позволяет искусственно вызвать сегнетоэлектричество путём объединения несегнетоэлектрических материалов. Они разработали революционную структуру, в которой ультратонкий изолирующий слой (hBN) расположен между графеном, который часто называют материалом мечты, и α-RuCl₃.
Команда исследователей подтвердила, что в этой структуре заряды на границе раздела спонтанно перестраиваются, образуя электрические диполи, которые могут хранить информацию подобно сегнетоэлектрическому материалу. Информацию можно записывать и стирать с помощью электричества, как будто включая и выключая переключатель.
Устройство, разработанное исследовательской группой, работало наиболее стабильно при температуре около −243 °C (30 К) и демонстрировало исключительную стабильность, сохраняя накопленную информацию более пяти месяцев даже при отключённом питании. Кроме того, этим явлением можно управлять исключительно с помощью электрических взаимодействий, и на него не влияет сила или ориентация внешних магнитов (магнитных полей), что делает его значительно более стабильным и эффективным по сравнению с традиционными подходами. Этот результат показывает, что сегнетоэлектричество можно получить простым наложением слоёв без какой-либо структурной деформации.
«Это исследование важно тем, что в нём было обнаружено новое физическое свойство, позволяющее управлять электрическими процессами простым наложением материалов без какой-либо искусственной деформации структуры», — заявил профессор Ёнвук Ким. — Заглядывая в будущее, мы ожидаем, что эта технология ускорит разработку устройств памяти для квантовых компьютеров, работающих при сверхнизких температурах, или полупроводников следующего поколения со сверхнизким энергопотреблением».