Учёные Университета Брауна разработали способ создавать сверхтонкие плёнки мультиферроика — материала, сочетающего электрические и магнитные свойства. Такой подход может снизить энергопотребление компьютерных микросхем, в том числе систем, используемых для задач искусственного интеллекта. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Materials, о них сообщает ScienceDaily.
Мультиферроики способны менять электрическую поляризацию под воздействием очень небольшого напряжения. Это создаёт возможность записывать цифровую информацию в виде нулей и единиц с минимальными затратами энергии, а связанную с поляризацией информацию считывать магнитным способом. Однако при уменьшении толщины материала до размеров, необходимых для микросхем, его полезные свойства обычно исчезают из-за так называемого «мёртвого слоя».
Исследователи смогли устранить это ограничение на примере феррита висмута. Материал разместили на основе из скандата диспрозия, кристаллическая структура которого немного меньше структуры феррита висмута, поэтому плёнка оказалась под сжимающим воздействием. Дополнительный металлический слой подавил нежелательные электрические поля, мешающие сохранению поляризации.
В результате феррит висмута сохранил электрические и магнитные характеристики даже при толщине в несколько ангстремов. Учёные установили, что созданная конструкция не только удерживает исходные свойства материала, но и придаёт ему новый тип магнитного поведения. Речь идёт об альтермагнетизме — состоянии, которое объединяет отдельные преимущества ферромагнетиков и антиферромагнетиков.
Ферромагнитные материалы дают сильный сигнал, удобный для считывания, но работают медленнее и создают паразитные магнитные поля, затрудняющие плотное размещение элементов. Антиферромагнетики лишены таких полей и могут действовать быстрее, однако их сигналы сложнее обнаруживать. Альтермагнитное состояние потенциально позволяет совместить высокую скорость, компактность компонентов и заметный электрический сигнал.
По оценке исследователей, полученные результаты приближают мультиферроики к применению в энергоэффективной памяти и вычислительных устройствах. До использования в серийных микросхемах технология нуждается в дальнейшем развитии, однако работа показывает возможность преодолеть проблему, долго мешавшую уменьшению таких материалов. Исследование финансировалось Управлением научных исследований армии США, Национальным научным фондом и Министерством энергетики США.