(PhysOrg.com) -- Les nouvelles propriétés des matériaux ferroélectriques découvertes au laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie rapprochent les scientifiques de la réalisation d'un nouveau paradigme de stockage de mémoire électronique.
Une nouvelle étude dirigée par Peter Maksymovych de l'ORNL et publiée dans la revue American Chemical Society Lettres nano a révélé que contrairement aux hypothèses précédentes, les parois de domaine dans les matériaux ferroélectriques agissent comme des conducteurs dynamiques au lieu de conducteurs statiques.
Murs de domaine, les zones de séparation de seulement quelques atomes de large entre des états de polarisation opposés dans les matériaux ferroélectriques, sont connus pour être conducteurs, mais l'origine de la conductivité est restée incertaine.
"Nos mesures ont identifié que des distorsions ou des plis subtils et microscopiquement réversibles dans la paroi du domaine sont au cœur de la conductivité dynamique, " Maksymovych a déclaré. "La paroi du domaine dans son état d'équilibre n'est pas un vrai conducteur comme un morceau de fil de cuivre rigide. Lorsque vous commencez à le déformer en appliquant un champ électrique, il devient un bien meilleur chef d'orchestre."
Ferroélectrique, une classe unique de matériaux qui répondent à l'application d'un champ électrique en commutant microscopiquement leur polarisation, sont déjà utilisés dans des applications telles que le sonar, l'imagerie médicale, injecteurs de carburant et de nombreux types de capteurs.
Maintenant, les chercheurs veulent repousser les limites des ferroélectriques en utilisant les propriétés des matériaux dans des domaines tels que le stockage en mémoire et la nanoélectronique. Acquérir une compréhension détaillée de la conductance électrique dans les parois de domaine est considéré comme une étape cruciale vers ces applications de nouvelle génération.
"Cette étude montre pour la première fois que la dynamique de ces défauts - les murs de domaine - est une source beaucoup plus riche de fonctionnalités de mémoire, " Maksymovych a déclaré. "Il s'avère que vous pouvez composer le niveau de la conductivité dans le mur de domaine, en faire un accordable, métastable, élément de mémoire dynamique."
La nature accordable du mur de domaine fait référence à sa réponse retardée aux changements de conductivité, où la coupure d'un champ électrique ne produit pas une chute immédiate de la conductance. Au lieu, la paroi du domaine "se souvient" du dernier niveau de conductance pendant une période de temps donnée, puis se détend à son état d'origine, un phénomène connu sous le nom de memristance. Ce type de comportement est différent de l'électronique traditionnelle, qui reposent sur des transistors au silicium qui agissent comme des interrupteurs marche-arrêt lorsque des champs électriques sont appliqués.
"Trouver des fonctionnalités intrinsèques aux systèmes nanométriques qui peuvent être contrôlées d'une manière nouvelle n'est pas une voie pour rivaliser avec le silicium, mais il suggère une alternative viable au silicium pour un nouveau paradigme en électronique, " a déclaré Maksymovych.
L'équipe dirigée par l'ORNL s'est concentrée sur des échantillons de ferrite de bismuth, mais les chercheurs s'attendent à ce que les propriétés observées des parois de domaine soient vraies pour des matériaux similaires.
"Le comportement de type memristif qui en résulte est susceptible d'être général aux parois de domaines ferroélectriques dans les matériaux ferroélectriques et multiferroïques semi-conducteurs, ", a déclaré le co-auteur de l'ORNL, Sergueï Kalinine.
Les échantillons utilisés dans l'étude ont été fournis par l'Université de Californie à Berkeley. Les autres auteurs sont Arthur Baddorf de l'ORNL, Jan Seidel et Ramamoorthy Ramesh du Lawrence Berkeley National Laboratory et UC Berkeley, et Pingping Wu et Long-Qing Chen de la Pennsylvania State University.
