由于宾州州立大学的一组研究人员证亚博网站下载明了镁取代氧化锌中的铁电性，一个新的材料家族可能会改进数字信息存储并使用更少的能量。
铁电材料是自发电极化的，因为亚博网站下载材料中的负电荷和正电荷倾向于相反的方向，并在外加电场的作用下重新定向。它们会受到物理力量的影响，这就是为什么它们可以用于按钮点火器，比如在燃气烤架中发现的那些。它们也可以用于数据存储和存储，因为它们保持在一个极化状态，没有额外的电力，所以是低能量的数字存储解决方案。
“我们已经确定了一个新的材料家族，我们可以从中制造微型电容器，我们可亚博网站下载以设置它们的极化方向，使它们的表面电荷为正或负。”材料科学与工程教授、这篇发表在《应用物理学杂志》上的论文的合著者乔恩亚博网站下载-保罗·玛丽亚说。亚博老虎机网登录“那个设置是非挥发性的，这意味着我们可以将电容器设置为加上，并且它保持加上，我们可以将其设置为减去，它保持减去。然后我们可以回来识别我们在一小时前识别我们如何设置电容器。。“
这种能力可以使一种不像其他形式那样耗电的数字存储形式成为可能。
这种类型的存储不需要额外的能量玛丽亚说。“这很重要，因为我们今天使用的许多计算机记忆需要额外的电力来维持信息，我们使用大量的美国能源预算信息。”
这种新材料是由镁亚博网站下载取代氧化锌薄膜制成的。该薄膜是通过溅射沉积法生长的，在这个过程中，氩离子向目标材料加速，以足够高的能量撞击它，使原子从含有镁和锌的目标材料中分离出来。亚博网站下载释放出来的镁和锌原子在气相中移动，直到它们与氧发生反应，聚集在镀铂的氧化铝基板上，形成薄膜。
研究人员研究了镁取代氧化锌作为一种增加氧化锌带隙的方法，这是制造半导体的关键材料特性。然而，这种材料从未被用来研究铁电性。尽管如此，研究人员相信，基于一种想法，这种材料可以被制成铁电材料“铁电体无处不在”由Maria和Susan Trolier-McKinstry, Evan Pugh大学教授，Steward S. Flaschen陶瓷科学与工程教授和论文合著者提出。亚博老虎机网登录
“一般来说，铁电性通常发生在从结构和化学角度来看很复杂的矿物中，”玛丽亚说。“我们的团队提出了大约两年前的想法，其中有其他更简单的晶体，其中可以识别这种有用的现象，因为有一些线索使我们提出了这种可能性。说”到处的铁电器“是一点播放言语，但它捕捉到我们周围的材料，给我们提示了，我们忽略了很长一段时间的暗示。“亚博网站下载
Trolier-McKinstry的研究生涯主要集中在铁电材料上，包括寻找性能更好的铁电材料。亚博网站下载她指出，德国基尔大学(University of Kiel)在2019年首次在氮化物中发现了这种令人惊讶的铁电材料，但她和玛丽亚已经在氧化物中证明了类似的行为。亚博网站下载
部分过程中的一部分Trolier-McKInstry和Maria的集团遵循了一个优点的数字，这是用于分析化学和材料研究等科学的数量，其特征在于装置，材料或方法相对于替代方案的性能。亚博网站下载亚博老虎机网登录
“当我们研究材料的任何应用时，我们通常会设计一个价值数字，说明我们需要什么样的材料属性组合来让任何给定的应用尽可能有效，”亚博网站下载特里尔·麦金斯特里说。“而这个新的铁电器系列，它为我们提供了这些优点的全部新的可能性。对于历史上，我们没有拥有伟大材料的应用是非常有吸引力的，因此这种新的材料开发往往会引发新的应用。亚博网站下载“
镁取代氧化锌薄膜的另一个好处是它们可以在比其他铁电材料低得多的温度下沉积。亚博网站下载
玛丽亚说：“绝大多数电子材料都是在高温的帮助下制备的，高温意味着300到1000摄亚博网站下载氏度（572到1835华氏度）。”。当你在高温下制造材料时，它会遇到很多困亚博网站下载难。它们往往是工程上的困难，但是它们使一切变得更具挑战性。考虑到每个电容器需要两个电触点。如果我在至少一个触点上在高温下准备我的铁电层，那么。我的观点是，会发生不必要的化学反应。因此，当你可以在低温下制造东西时，你可以更容易地将它们结合起来。”
新材料的下一步是将它们制成大约10纳米厚、20到30亚博网站下载纳米横向尺寸的电容器，这是一项艰巨的工程挑战。研究人员需要创造一种方法来控制材料的生长，这样就不会出现诸如材料缺陷之类的问题。Trolier McKinstry说，解决这些问题将是这些材料是否可用于新技术的关键；使用芯片的手机能耗更低，可以持续运行一周或更长时间。
“在开发新材料时，你必须弄清楚它们是如何失亚博网站下载效的，然后理解如何减轻这些失效机制，”Trolier-McKinstry说。“对于每一个应用程序，你都需要确定哪些是基本属性，以及它们将如何随着时间的推移而演变。除非你对其进行了一些测量，否则你不知道将面临什么样的巨大挑战，而且这种材料是否会在五年内用于你的手机，其可靠性和可制造性是巨大的。”
该项目的其他宾夕法尼亚州立大学研究人员包括凯文·费里（Kevin Ferri），他最近获得了材料科学和工程博士学位，也是该论文的第一作者；Saiphaneendra Bachu，研究生；助亚博网站下载理研究员亚博老虎机网登录朱万林；材料科学与工程系和材料研究所的研究生约翰·海登；还有马里奥·伊佩拉托雷（Mario Imperatore）和克里斯·吉宾克（Chris Giebink），他是电气和计算机工程系的副教授。
美国能源部和国家科学基金会支持这项研究。亚博老虎机网登录
