L'industrie des semi-conducteurs s'est longtemps appuyée sur le dioxyde de silicium comme couche non conductrice de choix dans l'espace critique entre l'électrode de grille - la valve qui active et désactive un transistor - et le transistor au silicium. L'amincissement constant de cette couche non conductrice est ce qui permet aux transistors de devenir plus petits et plus rapides, mais Guiton souligne qu'il existe une chose telle que trop mince - le point auquel les électrons commencent à traverser la barrière, chauffant ainsi leur environnement et drainant la puissance. Elle dit que la plupart d'entre nous ont vu et ressenti ce scénario dans une certaine mesure (jeu de mots), par exemple, tout en regardant des vidéos sur nos téléphones et la batterie se décharge simultanément alors que l'appareil dans notre paume commence sensiblement à se réchauffer.

À mesure que les puces informatiques deviennent plus petites, plus rapide et plus puissant, leurs couches isolantes doivent également être beaucoup plus robustes, facteur limitant actuellement pour la technologie des semi-conducteurs. Guiton dit que cette nouvelle phase de hafnia est d'un ordre de grandeur meilleure pour résister aux champs appliqués.

Lorsqu'il s'agit d'observer la transition structurelle de la hafnia entre son état monoclinique traditionnel et cette phase tétragonale commercialement souhaitable à température proche de la pièce, Banerjee dit que ce n'est pas différent de la télévision populaire, en particulier, le "Hall of Faces" dans l'émission HBO "Game of Thrones".

« En substance, nous avons pu regarder en temps réel, atome par atome, alors que hafnia se transforme en une nouvelle phase, un peu comme Arya Stark revêtant un nouveau visage, " Banerjee a déclaré. "La nouvelle phase de hafnia a une valeur 'k' beaucoup plus élevée représentant sa capacité à stocker la charge, ce qui permettrait aux transistors de fonctionner très rapidement tout en sirotant simplement de l'énergie au lieu de la saper. Les rayures s'avèrent très importantes, puisque c'est là que la transition commence lorsque la hafnia perd ses rayures. »

Arroyave attribue les informations en temps réel à l'échelle atomique pour avoir permis au groupe de comprendre que la transformation se produit d'une manière très différente à l'échelle nanométrique qu'elle ne le fait dans les particules macroscopiques qui donnent la forme monoclinique de la hafnia. Le fait qu'il soit à l'échelle nanométrique en premier lieu est la raison pour laquelle il dit que la transition se produit à, ou beaucoup plus près, température ambiante.

"Grâce à la synthèse à l'échelle nanométrique, la « hauteur » de la barrière énergétique séparant les deux formes a été réduite, permettant d'observer une hafnie tétragonale à des températures beaucoup plus basses que d'habitude, " a déclaré Arroyave. " Cela pointe vers des stratégies qui pourraient être utilisées pour stabiliser une multitude de formes utiles de matériaux qui peuvent permettre un large éventail de fonctionnalités et de technologies associées. Ce n'est qu'un exemple des vastes possibilités qui existent lorsque nous commençons à explorer l'espace des matériaux « métastables ».

Banerjee dit que cette étude suggère un moyen de stabiliser la phase tétragonale à la température ambiante réelle - ce qu'il note que son groupe a déjà accompli via une méthode différente l'année dernière - et de grandes implications pour rapide, des transistors à faible consommation capables de contrôler le courant sans consommer d'énergie, réduire la vitesse ou produire de la chaleur.

"Les possibilités sont infinies, y compris des ordinateurs portables encore plus puissants qui ne chauffent pas et ne consomment pas l'énergie de leurs batteries et des téléphones intelligents qui «restent calmes et continuent, "", a déclaré Banerjee. "Nous essayons d'appliquer ces mêmes astuces à d'autres polymorphes de dioxyde d'hafnium et d'autres matériaux, en isolant d'autres phases qui ne sont pas facilement stabilisées à température ambiante mais qui peuvent également avoir des propriétés étranges et souhaitables."