अमेरिकी ऊर्जा विभाग के ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के वैज्ञानिकों की एक टीम ने नए अर्धचालक अनुप्रयोगों में उपयोग की क्षमता के लिए हेफ़नियम ऑक्साइड या हेफ़नियम के व्यवहार का अध्ययन किया। सेमीकंडक्टर अनुप्रयोगों में हेफ़नियम के उपयोग की क्षमता का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिकों ने पाया कि इसका व्यवहार आसपास के वातावरण से प्रभावित हो सकता है। उनके निष्कर्ष भविष्य की स्मृति प्रौद्योगिकी के लिए अच्छे निहितार्थ प्रदान करते हैं।
ओआरएनएल में डीओई नैनोमटेरियल्स साइंस सेंटर में अल्ट्राहाई वैक्यूम परमाणु बल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने ज़िरकोनियम-हेफ़नियम ऑक्साइड में एक अद्वितीय पर्यावरण-प्रेरित फेरोइलेक्ट्रिक चरण संक्रमण की खोज की है, जो उन्नत अर्धचालक के विकास के लिए महत्वपूर्ण सामग्री है। स्रोत: आर्थर बैडडॉर्फ/ओआरएनएल, ऊर्जा विभाग
हेफ़नियम जैसी सामग्रियां फेरोइलेक्ट्रिक हैं, जिसका अर्थ है कि वे बिजली के बिना भी लंबे समय तक डेटा संग्रहीत कर सकते हैं। इन गुणों से पता चलता है कि ये सामग्रियां नई गैर-वाष्पशील मेमोरी प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए महत्वपूर्ण हो सकती हैं। नवोन्मेषी गैर-वाष्पशील मेमोरी अनुप्रयोग अल्पकालिक मेमोरी में डेटा के निरंतर हस्तांतरण से उत्पन्न गर्मी को कम करेंगे, जिससे बड़े, तेज कंप्यूटर सिस्टम के निर्माण का मार्ग प्रशस्त होगा।
हफ़निया के विद्युत व्यवहार को समझना
वैज्ञानिकों ने पता लगाया कि क्या वायुमंडल बाहरी विद्युत क्षेत्रों के जवाब में अपनी आंतरिक चार्ज व्यवस्था को बदलने की हाफनिया की क्षमता को प्रभावित करता है। इसका उद्देश्य ज़ियाफू अनुसंधान में खोजी गई असामान्य घटनाओं की एक श्रृंखला की व्याख्या करना है। शोध दल के निष्कर्ष हाल ही में नेचर मटेरियल्स पत्रिका में प्रकाशित हुए थे।
"हम अंततः दिखाते हैं कि इन प्रणालियों में फेरोइलेक्ट्रिक व्यवहार सतह से जुड़ा हुआ है और आसपास के वायुमंडलीय वातावरण को बदलकर इसे समायोजित किया जा सकता है। अब तक, ये सिस्टम कैसे काम करते हैं यह अटकल का विषय रहा है, हमारे समूह और दुनिया भर के कई समूहों के कई अवलोकनों पर आधारित एक परिकल्पना है," ओआरएनएल के सेंटर फॉर नैनोमटेरियल्स साइंस के एक शोधकर्ता काइल केली ने कहा। सीएनएमएस ऊर्जा विभाग के विज्ञान कार्यालय की एक उपयोगकर्ता सुविधा है। केली ने टेनेसी विश्वविद्यालय, नॉक्सविले के सर्गेई कलिनिन के साथ सहयोग किया, जिन्होंने प्रयोगों का संचालन किया और परियोजना की कल्पना की।
सतह परत और स्मृति अनुप्रयोग
अक्सर मेमोरी अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में एक सतह या मृत परत होती है जो सामग्री की जानकारी संग्रहीत करने की क्षमता को प्रभावित करती है। जब कोई सामग्री केवल कुछ नैनोमीटर मोटी तक सिकुड़ जाती है, तो मृत परत के प्रभाव इतने गंभीर हो जाते हैं कि इसके कार्यात्मक गुणों को पूरी तरह से रोक दिया जाता है। हाफ़निया में, सतह परत के व्यवहार को समायोजित करके, यह सामग्री को एंटीफेरोइलेक्ट्रिक से फेरोइलेक्ट्रिक अवस्था में संक्रमण करने की अनुमति देता है।
केली ने कहा, "आखिरकार, ये निष्कर्ष हेफ़नियम की पूर्वानुमानित मॉडलिंग और डिवाइस इंजीनियरिंग के लिए एक अवसर प्रदान करते हैं, जिसकी सेमीकंडक्टर उद्योग में इस सामग्री के महत्व को देखते हुए तत्काल आवश्यकता है।"
पूर्वानुमानित मॉडलिंग वैज्ञानिकों को अज्ञात प्रणालियों के गुणों और व्यवहार का अनुमान लगाने के लिए पिछले शोध का उपयोग करने में सक्षम बनाता है। केली और कलिनिन के नेतृत्व में अनुसंधान एक सिरेमिक सामग्री ज़िरकोनिया के साथ मिश्रित हाफ़निया मिश्र धातुओं पर केंद्रित था। हालाँकि, भविष्य के शोध इन निष्कर्षों का उपयोग यह अनुमान लगाने के लिए कर सकते हैं कि हेफ़नियम डाइऑक्साइड अन्य तत्वों के साथ मिश्रित होने पर कैसे व्यवहार करता है।
अनुसंधान के तरीके और सहयोग
यह शोध एक दस्ताना बॉक्स के अंदर और परिवेशी परिस्थितियों में परमाणु बल माइक्रोस्कोपी के साथ-साथ अल्ट्राहाई वैक्यूम परमाणु बल माइक्रोस्कोपी, तरीकों पर निर्भर करता है जो सीएनएमएस प्रदान कर सकता है।
केली ने कहा, "सीएनएमएस की अनूठी क्षमताओं का उपयोग करके, हम इस प्रकार का काम करने में सक्षम हैं।" "हम मूल रूप से पर्यावरण को परिवेशीय वातावरण से अल्ट्रा-हाई वैक्यूम में बदलते हैं। दूसरे शब्दों में, हम वायुमंडल में सभी गैसों को नगण्य स्तर तक हटा देते हैं और फिर उन प्रतिक्रियाओं को मापते हैं, जो करना बहुत मुश्किल है।"
कार्नेगी मेलन विश्वविद्यालय की सामग्री लक्षण वर्णन सुविधा में टीम के सदस्यों ने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी लक्षण वर्णन प्रदान करके अनुसंधान में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, और वर्जीनिया विश्वविद्यालय के सहयोगियों ने सामग्री विकास और अनुकूलन प्रयासों का नेतृत्व किया।
ओआरएनएल के लियू योंगताओ (सीएनएमएस शोधकर्ता) ने पर्यावरण पीजोइलेक्ट्रिक प्रतिक्रिया बल माइक्रोस्कोपी माप का प्रदर्शन किया। इस शोध परियोजना का समर्थन करने वाला मॉडल सिद्धांत यूक्रेन के नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज के भौतिकी संस्थान से कलिनिन और अन्ना मोरोज़ोवस्का के बीच दीर्घकालिक सहयोगात्मक शोध का परिणाम है।
टीम अंतर्दृष्टि
कलिनिन ने कहा, "मैं लगभग 20 वर्षों से कीव में फेरोइलेक्ट्रिक भौतिकी और रसायन विज्ञान में सहयोगियों के साथ सहयोग कर रहा हूं।" "उन्होंने इस पेपर पर बहुत सारा काम लगभग उस देश में युद्ध की अग्रिम पंक्ति में किया। ये लोग उन स्थितियों में वैज्ञानिक अनुसंधान कर रहे हैं जिनकी हममें से अधिकांश लोग कल्पना भी नहीं कर सकते।"
टीम को उम्मीद है कि उनके निष्कर्ष विशेष रूप से नियंत्रित सतह और इंटरफेशियल इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री - विद्युत और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के बीच संबंध - की भूमिका की खोज में नए शोध को प्रेरित करेंगे।