Учёные создали сверхмалую память на основе оксида гафния, которая работает эффективнее при уменьшении размеров
Иллюстрация: Yutaka Majima, Courtesy of the Royal Society of Chemistry
Группа учёных из Института науки Токио (Science Tokyo) под руководством профессора Ютаки Мадзимы (Yutaka Majima) совершила прорыв в области энергонезависимой памяти, создав сегнетоэлектрический туннельный переход (FTJ) диаметром всего 25 нанометров. Главной особенностью разработки стало то, что устройство демонстрирует более высокие характеристики по мере миниатюризации, опровергая классические принципы микроэлектроники.
Работа современной памяти основана на управлении электрическим током, что неизбежно ведет к выделению тепла и быстрому разряду батареи. Технология FTJ использует сегнетоэлектричество — способность материала менять внутреннюю поляризацию. Это позволяет хранить данные (0 и 1), влияя на то, насколько легко ток проходит через структуру, что требует значительно меньше энергии. Долгое время миниатюризация таких устройств была невозможна из-за утечек тока через границы кристаллов в материале.
Сегнетоэлектрический туннельный переход — это наноразмерная структура из двух электродов, разделённых сверхтонким слоем сегнетоэлектрика (материала с «переключаемой» поляризацией), через который электроны «туннелируют» квантовым образом. Ключевая особенность в том, что направление поляризации этого слоя меняет вероятность туннелирования — а значит, и сопротивление — позволяя хранить информацию как два устойчивых состояния (0 и 1) без питания. Именно поэтому такие переходы считаются одной из самых перспективных основ для энергонезависимой памяти нового поколения: они потенциально быстрее и экономичнее флеш-памяти, лучше масштабируются до нанометровых размеров и совместимы с нейроморфными вычислениями (где важны аналоговые, «мозгоподобные» свойства).
Сейчас технология активно исследуется в микроэлектронике и материаловедении, потому что может стать базой для пост-кремниевых чипов — но остаются инженерные вызовы, включая стабильность материалов, воспроизводимость и интеграцию в массовое производство.
Японские исследователи решили проблему утечек, применив оксид гафния — материал, который сохраняет поляризацию даже в экстремально тонких слоях. Чтобы избавиться от дефектов, команда разработала новый метод производства: электроды нагреваются до образования полукруглой формы. Такая геометрия позволяет структуре стать максимально близкой к монокристаллу, минимизируя количество границ, через которые мог бы «утекать» заряд.
Результаты экспериментов показали, что предельное уменьшение масштаба не только не разрушает работоспособность памяти, но и улучшает её показатели. Поскольку оксид гафния уже широко применяется в полупроводниковой промышленности, интеграция новой технологии в массовое производство может произойти в кратчайшие сроки.
Внедрение такой памяти позволит создавать носимую электронику, способную работать месяцы без подзарядки, и энергоэффективные нейросети для задач искусственного интеллекта. Профессор Мадзима подчеркнул, что успех стал возможен благодаря отказу от традиционных догм о пределах масштабирования.
04-05-2026 14:40 82
Industry Hunter
только что