Informacje, komunikacja i technologia odpowiadają za 5% do 9% całkowitego zużycia energii elektrycznej na świecie. W przyszłości wskaźnik ten może wynieść nawet 20%, dlatego naukowcy dążą do projektowania materiałów, które mogłyby obniżyć zużycie energii przez komputery.
Całemu przedsięwzięciu przewodzi Jon Ihlefeld ze School of Engineering and Applied Science Uniwersytetu Wirginii. Jak wyjaśnia główny autor badań, za każdy razem, gdy układ scalony chce skomunikować się z większym bankiem pamięci, wysyła sygnał, co wymaga energii. Im większa odległość, tym więcej energii potrzeba. Jako że czasami wynosi ona nawet kilka centymetrów, to naukowcy chcieliby ją jak najbardziej zmniejszyć.
Czytaj też: Sztuczna inteligencja ocenia wypracowania. Tak oprogramowanie zajmuje się pracami uczniów
O szczegółach wysiłków Ihlefelda i jego współpracowników możemy przeczytać na łamach Advanced Electronic Materials. Badania zespołu dotyczą materiałów o właściwościach elektrycznych i optycznych, które umożliwiają nowoczesne obliczenia i komunikację. W toku analiz naukowcy doszli do wniosku, że tlenek hafnu – obecnie wykorzystywany w produkcji telefonów komórkowych i komputerów – może być obiecującym kandydatem. Minusem takiego rozwiązania byłby jednak fakt, iż związek ten w swoim naturalnym stanie nie jest ferroelektryczny, przez co nie może przetrzymywać i uwalniać ładunku na żądanie.
Z czasem okazało się jednak, iż tlenkiem hafnu można manipulować tak, by przejawiał właściwości ferroelektryczne. Niewiadomą pozostawało to, czy uda się je wykorzystać w produkcji układów scalonych. Przełom w sprawie nastąpił dzięki badaniom Samanthy Jaszewski, która próbowała zrozumieć, co przyczynia się do stabilności fazy ferroelektrycznej tlenku hafnu. Jej ustalenia zostały opublikowane na łamach Acta Materialia .
Tlenek hafnu mógłby zrewolucjonizować układy scalone
Jak wyjaśnia autorka, związek ten składa się z atomów hafnu i tlenu. Kiedy w pewnych miejscach brakuje atomów tlenu, stabilizacja fazy ferroelektrycznej staje się możliwa. Stosując kilka różnych technik do pomiaru luk tlenowych w cienkich warstwach i korelując to z właściwościami ferroelektrycznymi, badaczka odkryła, iż faza ferroelektryczna wymaga znacznie większej liczby luk tlenowych niż wcześniej sądzono.
Czytaj też: Ta turbina wiatrowa w ciągu doby wyprodukowała rekordową ilość energii
Jak się okazało, przyłożenie pola elektrycznego do tego materiału sprawia, iż jego właściwości ferroelektryczne rosną. Z czasem jednak zaczynają ulegać degradacji, dlatego Jaszewski chciałby zbadać, jak ułożenie atomów tlenu w materiale przyczynia się do osiągania obu tych stanów. W ostatecznym rozrachunku chodzi natomiast o dostarczenie materiału, który mógłby posłużyć do tworzenia układów scalonych nowej generacji.
