Мгновенная загрузка и вечное хранение: в МФТИ сделали сегнетоэлектрическую память рекордно выносливой
Ученые МФТИ продлили память на основе сегнетоэлектриков до рекордных 100 миллионов циклов перезаписи. Это в тысячи раз превышает ресурс современной флеш-памяти. Открытие позволяет создавать устройства памяти нового поколения для кардиостимуляторов, нейроинтерфейсов и энергоэффективных ИИ дата-центров. Результаты исследований опубликованы в журналах Journal of Alloys and Compounds, Physical Review Applied, Applied Physics Letters.
Мгновенная загрузка, энергоэффективность и почти бесконечный ресурс перезаписи – всё это способна обеспечить память на основе сегнетоэлектриков. Эти материалы поддерживают поляризацию после снятия внешнего электрического поля, что позволяет сохранять всю информацию даже без доступа к сети питания. Кроме того, сегнетоэлектрики могут работать в плёнках толщиной всего в несколько нанометров, которые удобно использовать в миниатюрных чипах. Такие материалы могут находиться не только в двух состояниях («0» и «1»), но и во множестве промежуточных. Поэтому на их основе можно создавать транзисторы, которые имитируют работу синапсов в человеческом мозге.
В новом цикле работ учёные МФТИ научились прогнозировать поведение памяти на основе перспективного сегнетоэлектрика – оксида гафния-циркония. В результате им удалось найти идеальный баланс между её скоростью, надежностью и долговечностью.
«Идеальная память — это поиск баланса. Где-то нужна долгая жизнь батареи, а где-то — миллиарды циклов быстрой перезаписи. Наша работа даёт инженерам карту для навигации в этом пространстве выбора», — рассказала Анастасия Чуприк, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией перспективных концепций хранения данных МФТИ.
Нашли причину токов утечки и способ ею управлять
Главное ограничение, с которым сталкиваются инженеры, когда пытаются создать сверхтонкие плёнки памяти, — токи утечки. Чем меньше её толщина, тем больше ток начинает просачиваться через плёнку. Это сводит на нет энергоэффективность устройства и вносит помехи в сигнал.
Чтобы понять, как и почему это происходит, учёные детально изучили структуру и свойства плёнок перспективного сегнетоэлектрика оксида гафния-циркония разной толщины – от 5 до 10 нанометров.