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铁电隧道结提高存储设备性能
来源 : 科学之家   发布时间 : 2014-12-26 14:02

图片来源:laogu.com
 
物理学与化学的创新型应用使随机存取存储器(RAM)技术取得较大的发展,这也将进一步推动数字时代的进步。
 
美国内布拉斯加林肯大学(University Of Nebraska Lincoln,UNL)的研究小组使用获得诺贝尔奖的材料和普通的家用化学品,潜心研究如何提高下一代高速大容量随机存取存储设备元件的性能。
 
研究结果发表于2014年11月24日出版的Nature Communications杂志。研究小组设计了一种叫做铁电隧道结的存储结构,并对其性能进行了测试。
 
铁电隧道结是比一张纸还要薄10万倍的铁电层,因此电子可在其中像穿过隧道一样进行跃迁。铁电层接在两个电极之间,施加电压可以调整极性方向,并通过二进制计算中的“0”和“1”分别代表正负电荷。
 
研究人员首次使用石墨烯电极设计铁电结。石墨烯电极是在一种原子薄厚的碳材料,由于优异的导电性能,石墨烯特别适用于小型电子器件的制备。本文中,作者主要研究如何使其容纳任意类型的分子,特别是氨分子。
 
此结的极性决定了穿隧电流的电阻,即沿着一个方向电流增大,而沿着另一个方向电流减小。研究人员发现石墨烯和氨分子的结合增大了开或关状态下的悬殊性。这一研究成果大大增加了随机存取存储设备的可靠性,并使其可在不重复写入的情况下读取数据。
 
本研究的共同作者、物理学教授Alexei Gruverman说道:“这即是现有商用技术与该铁电技术最大的区别。”
 
铁电材料本质上利用的即是材料的“不挥发性”(non-volatility),这也就是意味着即使在没有外部电源的情况下也能保持材料的极化并保留存储的信息。但是,Gruverman教授说:“隧道结正负电荷之间的空间极其微小,因此想要保持其极化状态非常困难。”
 
“所有存储设备的极化现象都会逐渐减弱。”Gruverman说道,“铁电层越薄,极化电荷之间的吸引力就越大,因而也越难被分离。”
 
Gruverman教授表示,研究小组发现石墨烯-氨分子结合能很好地解决这个问题并有效提高本研究中结极化的稳定性。(科学之家,译审:JY Chen)


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