Группа ученых под руководством профессора Си-Ён Чоя из Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) совершила прорыв в материаловедении. Вместе с коллегами из Университета Пусан и Университета Сунгюнкван они обнаружили необычное поведение природного минерала бурмиллерита — оказалось, он может менять свои электрические свойства на уровне отдельных атомов.

Результаты опубликованы в издании Nature Materials.

Бурмиллерит похож на слоеный бутерброд: в нем чередуются слои атомов железа и кислорода, одни — в форме тетраэдров (как пирамидки), другие — в форме октаэдров (как двойные пирамидки). Обычно, когда атомы в материале колеблются, это затрагивает соседние слои. Но в бурмиллерите тетраэдры могут вибрировать независимо от октаэдров — это явление назвали «разделением фононов».

Ученые проверили это на тонких пленках SrFeO₂.₅ и CaFeO₂.₅, а также на монокристалле CaFeO₂.₅.

Оказалось, если подать электрическое поле, меняется только структура тетраэдров, а октаэдры остаются нетронутыми.

Это позволило создать ферроэлектрические конденсаторы и транзисторы с уникальными свойствами.

Если технологию удастся внедрить, память в смартфонах и компьютерах станет в десятки раз компактнее и быстрее. Это ускорит развитие искусственного интеллекта и беспилотных систем.

Природа снова подсказала нам решение, — говорит профессор Чой. — Возможно, подобные механизмы скрыты и в других минералах, и это откроет новые горизонты для технологий.

Польза исследования

• Миниатюризация памяти: если удастся управлять доменами на субнанометровом уровне, плотность хранения данных вырастет в разы.
• Энергоэффективность: независимые колебания слоев снизят тепловые потери.
• Гибкость применения: технология пригодится не только в памяти, но и в нейроморфных вычислениях.

Пока эксперименты проводились только в лабораторных условиях. Бурмиллерит — хрупкий материал, и его промышленное производство может оказаться дороже, чем синтез искусственных ферроэлектриков.

Ранее ученые сообщили, что органический ферроэлектрик может сделать электронику экологичной.