Российские и американские учёные подробно исследовали интересный, хотя и относительно редкий материал. Речь идёт об оксиде гафния, который в наше время применяется для изготовления компьютерных процессоров. Оказалось, что этот материал обладает массой необычных свойств, которые можно использовать в обозримом будущем.
Одно из таких свойств – способность сохранять электрический заряд даже в отсутствие электрического поля. Это происходит за счёт того, что в электрическом поле часть электронов в соединении отодвигается в сторону, образуя заряженный участок; когда электрическое поле исчезает, участок остаётся заряженным. Именно это свойство позволяет использовать его в качестве материала для создания микроскопических ячеек памяти. Конечно, оксид гафния – это не единственный материал, обладающий подобным свойством; есть целый класс таких соединений, которые принято именовать сегнетоэлектриками.
Описанное поведение сегнетоэлектриков напоминает свойство обычных магнитов (ферромагнетиков), которые остаются намагниченными даже после того, как магнитное поле пропадает.
При этом оксид гафния ведёт себя как сегнетоэлектрик только в виде микроскопически тонких плёнок, которые получают с помощью специальных методов (таких, например, как атомно-слоевое осаждение). Подобные плёнки научились получать специалисты МФТИ. Они уже назвали оксид гафния весьма перспективным материалом, в том числе и для электроники нового поколения.
У этого соединения есть ряд достоинств, однако есть и недостаток – его недостаточная изученность. Исследователи ещё не понимают, как именно в нём меняется поляризация. Впрочем, российские физические лаборатории немного продвинулись в этом направлении. Им удалось изучить поведение материала в плоском конденсаторе, используя атомно-силовой микроскоп особой модификации. Этот аппарат способен «ощупывать» исследуемый материал. С его помощью учёным удалось рассмотреть рельеф поверхности и выяснить распределение поляризации в оксиде.
Эти данные показали, что оксид гафния имеет «домены», то есть отдельные участки с изменённой поляризацией. Игла микроскопа при попадании на эти домены отклонялась, причём в разные стороны, и это являлось показателем изменённой поляризации. Учёным удалось с довольно большой точностью определить границы отдельных доменов.
Исследователи проникли даже в недра кристаллической решётки материала. Они выяснили, что кристаллическая решётка под действием электрического поля изменяет свою форму. Её ячейки приобретают форму прямоугольных параллелепипедов, которая и приводит к появлению сегнетоэлектрических свойств. «Умозрительно» нечто подобное предполагали предшествующие поколения учёных, однако только новейшее оборудование позволило подтвердить эту гипотезу.
Сотрудница МФТИ Анастасия Чуприк рассказывает, что компьютерная память, построенная на основе оксида гафния, будет энергонезависимой. Ячейки такой памяти будут более компактными и надёжными, чем те, которые используются в наше время. Однако для создания такой памяти имеющихся знаний всё-таки недостаточно. Исследования продолжаются. Однако положительной стороной вопроса является то, что технологическая база для работы с оксидом гафния уже имеется, тем более что этот материал уже используется в электронике, хотя и в других функциях. К примеру, он входит в состав процессоров Intel. Кроме того, это соединение используется для производства особых типов стекла и специальных оптических приборов.
Сам по себе гафний – тяжёлый металл, находящийся на 72 месте таблицы Менделеева. Его отличительным свойством является способность изменять свою кристаллическую решётку: при высокой температуре её ячейки из шестиугольных становятся кубическими. Это напоминает поведение кристаллической решётки оксида гафния в электрическом поле. Гафний был открыт довольно поздно – лишь в первой половине ХХ века; его открытие стало для учёных в некотором смысле сенсацией.
Гарантия
Сервис
Подбор
Госзакупки
