חוקרים במכון הטכנולוגי של טוקיו עשו התקדמות משמעותית בטכנולוגיית זיכרון באמצעות חומרים מולטי-פרואיים, במיוחד ננו-נקודות BFCO. חומרים אלו מאפשרים כתיבת נתונים יעילה יותר באנרגיה באמצעות שדות חשמליים וקריאה לא הרסנית דרך שדות מגנטיים. קרדיט: twoday.co.il.com
חוקרי המכון הטכנולוגי של טוקיו פיתחו ננו-נקודות BFCO לטכנולוגיית זיכרון יעילה ולא הרסנית, ומבטיחים התקדמות בהתקני זיכרון מגנטיים בעלי הספק נמוך.
התקני זיכרון מסורתיים הם נדיפים והלא נדיפים הנוכחיים מסתמכים על חומרים פרומגנטיים או פרו-אלקטריים לאחסון נתונים. במכשירים פרומגנטיים, נתונים נכתבים או מאוחסנים על ידי יישור מומנטים מגנטיים, בעוד שבמכשירים פרו-אלקטריים, אחסון נתונים מסתמך על יישור דיפולים חשמליים. עם זאת, יצירה ומניפולציה של שדות מגנטיים הם עתירי אנרגיה, ובהתקני זיכרון פרו-אלקטריים, קריאת נתונים הורסת את המצב המקוטב, מה שמחייב את תא הזיכרון לכתיבה מחדש.
התקדמות בחומרים מולטיפרואיים
חומרים מולטי-פרואיים, המכילים הזמנות פרו-אלקטריות וגם פרומגנטיות, מציעים פתרון מבטיח לטכנולוגיית זיכרון יעילה ורב-תכליתית יותר. BiFeO בהחלפה בקובלט3 (BiFe0.9שיתוף0.1O3, BFCO) הוא חומר מולטי-פרואיק המציג צימוד מגנו-אלקטרי חזק, כלומר שינויים בקיטוב חשמלי משפיעים על המגנטיזציה. כתוצאה מכך, ניתן לכתוב נתונים באמצעות שדות חשמליים, שהם חסכוניים יותר באנרגיה מיצירת שדות מגנטיים, ולקרוא באמצעות שדות מגנטיים, מה שנמנע מתהליך הקריאה ההרסני.
באבן דרך משמעותית עבור התקני זיכרון מולטי-פרואיים, צוות חוקרים בראשות פרופסור מאסאקי אזומה ועוזר פרופסור Kei Shigematsu מהמכון הטכנולוגי של טוקיו ביפן פיתח בהצלחה ננו-נקודות עם תחומים פרו-אלקטריים ופרומגנטיים בודדים.
ננו-נקודות BFCO 60 ננו-מטר, עם מבני תחום יחיד, מבטיחים התקני זיכרון מגנטי לא נדיף בצפיפות גבוהה ובעוצמה נמוכה. קרדיט: טוקיו טק
מאמצי מחקר משותפים
"ב"Sumitomo Chemical-Generation Next Eco-Friendly Devices Collaborative Research Cluster" בתוך המכון למחקר חדשני במכון הטכנולוגי של טוקיו, יש התמקדות בחומרים מולטי-פרואיים המציגים תגובות קורלציה צולבות בין תכונות מגנטיות וחשמליות המבוססות על העקרונות של מערכות אלקטרונים בקורלציה חזקה. המרכז שואף לפתח חומרים ותהליכים לדור הבא של התקני זיכרון מגנטי לא נדיף בעלי הספק נמוך, וכן לבצע הערכות אמינות ויישום חברתי", אומר אזומה.
מתודולוגיה וממצאים
במחקר שלהם שפורסם בכתב העת ACS יישומי חומרים וממשקים ב-9 באפריל 2024, חוקרים השתמשו בתצהיר לייזר דופק כדי להפקיד BFCO מולטיפרואיק על גבי Nb:SrTiO מוליך3 (001) מצע. הם שלטו בתהליך השקיעה על ידי שימוש במסכות תחמוצת אלומיניום אנודיז (AAO) עם גדלי נקבוביות מתכווננים, וכתוצאה מכך נוצרו ננו-נקודות בקטרים של 60 ננומטר ו-190 ננומטר.
BFCO היא אופציה מבטיחה עבור התקני זיכרון מגנטיים לא נדיפים בעלי הספק נמוך, מכיוון שניתן להפוך את כיוון המגנטיז שלו באמצעות שדה חשמלי. בהתבוננות בכיווני הקיטוב והמגנטיזציה באמצעות מיקרוסקופיה של כוח piezoresponse ומיקרוסקופית כוח מגנטי, בהתאמה, החוקרים גילו שהננו-נקודות מציגות מבנים פרו-אלקטריים ופרומגנטיים בקורלציה.
תצפיות על מבני תחום
מעניין שכאשר השוו ננו-נקודות בגדלים שונים, הם הבחינו בהבדלים משמעותיים. הננו-דוט הקטן יותר של 60 ננו-מטר, עשוי באמצעות אוקסלי חוּמצָה מסכת AAO, הראתה תחומים פרו-אלקטריים ופרומגנטיים בודדים, שבהם כיווני הקיטוב והמגנטיזציה אחידים לכל אורכם. עם זאת, לננו-דוט הגדול יותר של 190 ננומטר, שנוצר באמצעות מסכת AAO של חומצה מאלונית, היו מבנים פרו-אלקטריים ומגנטיים מערבולת מרובה תחומים המעידים על צימוד מגנו-אלקטרי חזק.
"מבנה כזה של תחום יחיד של פרו-אלקטריות ופרומגנטיות יהיה פלטפורמה אידיאלית לחקירת BFCO כמכשיר זיכרון קריאה מגנטי כותב שדה חשמלי, ומבנים מרובי תחומים מציעים מגרש משחקים למחקר יסודי", מעיר Shigematsu.
התקני זיכרון מגנטיים לא נדיפים הם חיוניים עבור יישומים אלקטרוניים שונים מכיוון שהם שומרים מידע מאוחסן גם כאשר החשמל כבוי. עם ההרכב הייחודי שלהם של תחומים פרומגנטיים ופרו-אלקטריים בודדים, ננו-נקודות BFCO 60 ננומטר מראים פוטנציאל גדול ליצירת התקני זיכרון מגנטיים הדורשים הספק חשמלי מינימלי לפעולות כתיבה וקריאה.
