원자 두께의 벽이 차세대 기기의 크기와 메모리 장벽을 무너뜨릴 수 있습니다.

[아름이]

원자 두께의 벽이 차세대 기기의 크기와 메모리 장벽을 무너뜨릴 수 있습니다.
나노 물질 기능은 전자 회로가 인간 기억의 이점을 채택하도록 도울 수 있습니다.
날짜:
2023년 2월 13일
원천:
네브래스카 대학교 링컨
요약:
성인 인간의 3파운드의 뇌에 담겨 여전히 마법과 구별할 수 없는 모든 마법에 대해 뇌는 자신이 통제하는 다른 살아있는 조직과 동일한 규칙을 따릅니다. 산소는 필수입니다. 그래서 한 과학자가 기술적 경이로움에 대해 그의 설명을 제공한 것은 약간의 아이러니였습니다. 움직일 수 있고 데이터로 덮인 벽은 원자 폭에 불과했습니다. 결국 컴퓨터가 더 두뇌처럼 행동하도록 도울 수 있습니다. '산소 결손이 이에 대한 책임이 있다는 명백한 증거가 있습니다.'라고 Tsymbal은 말했습니다.

전체 이야기
3파운드의 성인 인간 두뇌에 들어 있는 비교할 수 없이 병렬 처리되고 여전히 마법과 구별할 수 없는 모든 마법에 대해, 그것은 자신이 제어하는 ​​다른 살아있는 조직과 동일한 규칙을 따릅니다. 산소는 필수입니다.

따라서 Evgeny Tsymbal이 기술적 경이로움에 대한 설명을 제공한 것은 아이러니한 일이었습니다. 움직일 수 있고 데이터로 덮인 벽은 원자 폭에 불과했습니다. 결국 컴퓨터가 더 두뇌처럼 작동하도록 도울 수 있습니다.

네브래스카-링컨 대학의 조지 홈즈 대학 물리학 및 천문학 교수인 침발(Tsymbal)은 “산소 결손이 이에 대한 책임이 있다는 분명한 증거가 있다”고 말했다.

중국과 싱가포르의 동료들과 협력하여 Tsymbal과 몇몇 Husker 졸업생들은 차세대 전자 장치에 적합한 나노 수준으로 얇은 재료의 산소 결핍 벽을 구성, 제어 및 설명하는 방법을 시연했습니다.

1과 0의 이진법만 말하는 대부분의 디지털 데이터 쓰기 및 읽기 기술과 달리, 이 벽은 여러 전자 방언으로 말할 수 있어 이를 수용하는 장치가 더 많은 데이터를 저장할 수 있습니다. 뇌의 시냅스와 마찬가지로 벽을 통해 전송되는 전기 스파이크의 통과는 이전에 어떤 신호가 통과했는지에 따라 달라지며 인간의 기억과 유사한 적응성과 에너지 효율성을 제공합니다. 그리고 뇌가 사용자가 잠을 잘 때에도 기억을 유지하는 것처럼 벽은 장치가 꺼지더라도 데이터 상태를 유지할 수 있습니다. 이는 빛의 속도와 단순함으로 다시 켜지는 전자 장치의 선구자입니다.

연구팀은 인간의 머리카락보다 수천 배 더 얇게 자를 수 있는 비스무트 페라이트(bismuth ferrite)라는 나노물질의 장벽 파괴 벽을 조사했습니다. 비스무트 페라이트는 또한 강유전성으로 알려진 희귀한 특성을 자랑합니다. 양전하와 음전하의 분극 또는 분리는 약간의 전압만 가하면 반전될 수 있으며 이 과정에서 1 또는 0을 기록합니다. 기존의 DRAM과 달리 몇 밀리초마다 새로 고쳐야 하는 동적 랜덤 액세스 메모리는 전압이 제거되더라도 1 또는 0이 유지되어 DRAM에 없는 장기 메모리와 동일합니다.

일반적으로 그 편광은 도메인이라고 하는 물질의 영역에서 1 또는 0으로 읽히고 뒤집혀서 0 또는 1로 다시 씁니다. 두 개의 반대 방향으로 분극화된 도메인이 만나 벽을 형성하는데, 벽은 도메인 자체 전용 공간의 일부만을 차지합니다. 이러한 벽의 몇 원자 두께와 그 내부 또는 주변에서 때때로 나타나는 특이한 속성은 축소 장치에 더 많은 기능과 스토리지를 압축하는 새로운 방법을 찾는 주요 용의자로 제시했습니다.

그럼에도 불구하고 강유전성 물질의 표면과 평행하고 데이터 처리 및 저장에 사용할 수 있는 전하를 형성하는 벽은 조절하거나 생성하는 것은 고사하고 찾기도 어려운 것으로 입증되었습니다. 그러나 약 4년 전부터 침발은 싱가포르 국립대학의 징셩 첸과 중국 절강대학의 허톈과 이야기를 나누기 시작했다. 당시 Tian과 일부 동료들은 원자 단위 변위와 동역학을 실시간으로 기록하면서도 원자 규모로 전압을 가할 수 있는 기술을 개척하고 있었습니다.

궁극적으로 팀은 비스무트 페라이트 필름에 1.5볼트만 적용하면 재료의 표면과 평행한 도메인 벽이 생성된다는 사실을 발견했습니다. 이 벽은 데이터 상태로 값을 읽을 수 있는 전기에 대한 비저항을 가집니다. 전압이 제거되면 벽과 해당 데이터 상태가 유지됩니다.

팀이 전압을 높였을 때 자벽이 다른 강유전체에서 볼 수 있는 동작인 재료 아래로 이동하기 시작했습니다. 다른 재료의 벽은 표면에 수직으로 전파되었지만 이 재료는 평행을 유지했습니다. 그리고 이전의 어떤 것과도 달리 벽은 한 번에 하나의 원자 층만 이동하는 빙하 속도를 채택했습니다. 그 위치는 8볼트와 10볼트의 적용 사이에 나타난 전기 저항의 변화와 일치하며, 이는 3단계로 떨어졌습니다.

연구원들은 결국 전자 장치에서 현상을 사용하는 데 중요한 몇 가지 W(무엇을, 어디서, 언제)를 못 박았습니다. 그러나 그들은 여전히 ​​하나를 놓치고 있었다. 공교롭게도 침발은 이 문제를 해결할 자격이 있는 몇 안 되는 사람 중 하나였습니다.

"수수께끼가 있었다"고 Tsymbal이 말했습니다. "왜 그런 일이 발생합니까? 그리고 이것이 이론이 도움이 된 곳입니다."

대부분의 도메인 벽은 전기적으로 중성이며 양전하도 음전하도 없습니다. 여기에는 그럴 만한 이유가 있습니다. 중립 벽은 전기 상태를 유지하는 데 에너지가 거의 필요하지 않기 때문에 사실상 기본값이 됩니다. 대조적으로 팀이 초박형 비스무트 페라이트에서 식별한 도메인 벽은 상당한 전하를 가졌습니다. 그리고 그것이 안정되고 지속되는 것을 막아야 한다는 것을 Tsymbal은 알고 있었습니다. 그러나 어쨌든 그것은 응집 물질 물리학의 규칙을 무시하는 것처럼 보였고 그렇게 해냈습니다.

설명이 있어야 했습니다. 그의 이전 연구에서 Tsymbal과 동료들은 음전하를 띤 산소 원자의 이탈과 그들이 지나간 자리에 남겨둔 양전하를 띤 공극이 기술적으로 유용한 결과를 방해할 수 있음을 발견했습니다. 이번에 Tsymbal의 이론에 근거한 계산은 정반대를 제안했습니다. 즉, 양전하를 띤 공석이 벽에 축적되는 다른 음전하를 보상하여 본질적으로 그 과정에서 벽을 강화한다는 것입니다.

팀의 실험적 측정은 나중에 계산에서 예측한 대로 재료의 전하 분포가 도메인 벽의 위치와 거의 정확하게 일치한다는 것을 보여줍니다. 다른 강유전성 운동장에서 산소 결손이 나타나면 귀중한 재료를 포함하는 장치를 더 잘 이해하고 엔지니어링하는 데 필수적이라고 Tsymbal은 말했습니다.

대학의 양자 중심 EQUATE 프로젝트의 지원을 받아 연구를 수행한 Tsymbal은 "내 관점에서 그것은 가장 흥미로웠다"고 말했다. "이것은 전기 화학과 강유전성을 연결합니다. 우리는 기본적으로 이러한 도메인 벽의 움직임을 제어하는 ​​일종의 전기 화학 프로세스, 즉 산소 빈자리의 움직임을 가지고 있습니다.

"저는 이 메커니즘이 매우 중요하다고 생각합니다. 이론적으로 우리를 포함한 대부분의 사람들이 분극이 위아래로 전환되는 깨끗한 물질을 관찰하고 저항에 어떤 일이 일어나는지 연구하기 때문입니다. 모든 실험적 해석은 이 행동은 이 단순한 편광 그림을 기반으로 합니다. 하지만 여기서는 편광만이 아닙니다. 내부에 몇 가지 화학 프로세스가 포함됩니다."

연구팀은 Nature 저널에 연구 결과를 자세히 설명했습니다 . Tsymbal, Tian 및 Chen은 Ze Zhang, Zhongran Liu, Han Wang, Hongyang Yu, Yuxuan Wang, Siyuan Hong, Meng Zhang, Zhaohui Ren 및 Yanwu Xie뿐만 아니라 Husker 졸업생 Ming Li, Lingling Tao 및 Tula Paudel과 함께 연구를 저술했습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/