Purduen yliopiston tutkijat ovat rakentaneet piirin, joka ratkaisee vuosikymmeniä vanhan haasteen: he integroivat toiminnallisen transistorin ferrosähköiseen RAM-muistiin. Näin samalla piirillä voidaan sekä prosessoida että tallentaa dataa.
Menetelmä yhdistää transistorin tehokkaampaan muistitekniikkaan kuin mitä useimmissa tietokoneissa nyt käytetään eli ferrosähköiseen RAM-muistiin. Tällaisen ratkaisun kehittämisen ongelma on ollut ferrosähköisen materiaalin ja piin rajapinnalla.
Professori Peide Ye johtama tiimi löysi ratkaisun käyttämällä puolijohdetta, jolla on ferrosähköisiä ominaisuuksia. Tällä tavalla kahden materiaalin rajapintaongelmista päästiin eroon. Tuloksena on ferrosähköisen puolijohteen kenttävaikutustransistori, joka on rakennettu samalla tavalla kuin nykyiset tietokoneen transistorit.
Tavanomainen ferrosähköinen materiaali toimii yleensä eristeenä leveän kaistaeron takia. Nyt käytetyllä kaksiulotteisella alfa-indium-selenidillä on paljon pienempi kaistaväli, mikä mahdollistaa materiaalin olevan puolijohde menettämättä ferrosähköisiä ominaisuuksia.
Tutkivat valmistivat ja testasivat transistorin. Testeissä havaittiin, että sen suorituskyky oli verrattavissa olemassa oleviin ferrosähköisiin kenttävaikutustransistoreihin.
Moskovan fysiikan ja tekniikan instituutin (MIPT) tutkijat yhdessä kollegoineen kanssa Saksasta ja Yhdysvalloista ovat puolestaan saavuttaneet läpimurron matkalla uudentyyppisiin haihtumattomiin muistipiirirakenteisiin.
Ryhmä keksi menetelmän sähköisen potentiaalijakauman mittaamiseksi ferrosähköisen kondensaattorin yli. Saavutetut mittaustulokset mahdollistavat käytännöllisen muistirakenteen toteuttamisen.
Kyseessä olisi tulevaisuuden muistirakenne, joka olisi suuruusluokkaa nopeampi ja kestäisi miljoona kertaa enemmän kirjoitusjaksoja kuin nykyiset flash- ja puolijohdemuistit.
Materiaalina käytetty muutama nanometrin paksuinen hafniumdioksidin kerros voi muodostaa metastabiileja kiteitä, joilla on ferrosähköisiä ominaisuuksia. Kiteet toisin sanoen ”muistavat” niihin kohdistetun sähkökentän suunnan.
Ferrosähköisten muistilaitteiden lisäetu on, että ulkoisella säteilyllä ei ole mitään vaikutusta niihin. Ne sietäisivät kosmista säteilyä ja voisivat toimia avaruudessa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 20.12.2019
