Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи

11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов.

Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем. Однако традиционные устройства на их основе обычно выдерживают лишь около 100 миллионов циклов перезаписи.

До сих пор исследователи фиксировали признаки постепенного ухудшения характеристик, включая увеличение утечки тока и потерю ферроэлектрических свойств, но последовательность событий, происходящих внутри материала под воздействием многократного электрического поля, оставалась недостаточно понятной. Команда профессоров Хан Генцюань и Чжоу Цзюжэнь решила проследить этот процесс непосредственно на атомном уровне. Для этого ученые объединили анализ электрической проводимости, электронную дифракционную микроскопию, спектроскопию потерь энергии электронов, анализ геометрических фазовых деформаций и первичные вычисления, сосредоточив внимание на вакансиях азота (nitrogen vacancies) - дефектах кристаллической структуры, возникающих в местах отсутствующих атомов азота.

Оказалось, что циклическое электрическое поле заставляет вакансии азота постоянно перераспределяться, объединяться в локальные скопления и мигрировать на значительные расстояния. Такое движение дефектов запускает сразу два механизма деградации. Дальняя миграция вакансий может привести к формированию проводящих каналов, проходящих через всю толщину тонкой пленки, что в конечном итоге вызывает так называемый жесткий пробой. Одновременно локальная перестройка вакансий вместе с изменениями кристаллической решетки, связанными с поляризацией, постепенно ослабляет электрический сигнал, используемый для хранения информации.

Понимание этого механизма позволило специалистам предложить новую концепцию, получившую название "топологическая стабилизация вакансий азота" (nitrogen vacancy topology stabilization). Для управления дефектами был разработан двумерный подход, объединяющий пространственный и энергетический контроль. В первом случае исследователи создали сверхрешетчатые структуры из чередующихся слоев нитрида алюминия-скандия и нитрида алюминия (AlScN/AlN). Периодические слои AlN выполняют роль своеобразных барьеров, препятствующих дальнейшей миграции вакансий азота через толщину пленки.

Второй элемент стратегии связан с энергетическим управлением. Ученые применили методы динамического восстановления, которые способствуют перераспределению уже сформировавшихся локальных скоплений вакансий. Совместное действие двух механизмов позволяет сохранять более стабильную пространственную конфигурацию дефектов даже при длительном воздействии электрического поля. Таким образом, разработчики не устраняют вакансии азота полностью, а контролируют их перемещение и расположение внутри материала.

Испытания показали впечатляющий результат: созданные по этой технологии сверхрешетчатые структуры выдержали более 10 млрд циклов, сохранив при этом полную поляризацию. Это примерно в 100 раз превышает прежние показатели долговечности. Даже после 1 миллиарда циклов потеря сигнала памяти оставалась в пределах 3%. Профессор Чжоу Цзюжэнь отметил, что прежде увеличение срока службы в основном достигалось за счет изменения состава материала или корректировки технологических параметров, тогда как теперь понимание микроскопического механизма деградации позволяет целенаправленно управлять дефектами. По его мнению, предложенная концепция потенциально применима и к другим ферроэлектрическим материалам со структурой вюрцита.

>> Вперед: Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Наушники Neurable One с мониторингом концентрации и усталости мозга 10.10.2026

Современные наушники постепенно превращаются из обычного аудиоустройства в персональный электронный помощник. Они уже умеют подавлять окружающий шум, анализировать качество звука и отслеживать некоторые параметры физического состояния человека. Американская компания Neurable пошла еще дальше и предложила использовать наушники для оценки активности мозга, чтобы определить, насколько человек сосредоточен, испытывает умственное напряжение или начинает уставать. Новая модель получила название Neurable One и оснащена 12 датчиками, способными регистрировать электрическую активность мозга. В основе технологии лежит электроэнцефалография, или EEG, применяемая для фиксации электрических сигналов, возникающих при работе нервной системы. Датчики размещены во внутренних накладках наушников и начинают получать информацию сразу после того, как пользователь надевает устройство. Затем специальное приложение анализирует полученные данные и оценивает текущее состояние человека. Разработчики предус ...>>

Климатический кризис меняет питание детей и влияет на их здоровье 09.10.2026

Когда говорят о влиянии климатических изменений на здоровье человека, чаще всего вспоминают экстремальную жару, наводнения, засухи или лесные пожары. Однако последствия глобального потепления могут проявляться гораздо менее заметно. Один из таких механизмов связан с продовольствием: изменения климата способны влиять на урожайность, стоимость продуктов и их доступность, а через это - на качество питания детей. Особое значение эта проблема приобретает в первые годы жизни. Дети в возрасте до пяти лет особенно чувствительны к недостатку необходимых питательных веществ, поскольку именно в этот период питание и окружающая среда тесно связаны с ростом организма, развитием и формированием иммунной системы. Если полноценная пища становится менее доступной, последствия могут проявляться не сразу, но отражаться на здоровье ребенка в дальнейшем. Бразильские исследователи попытались определить, где подобные проблемы могут пересекаться с климатическими факторами. Для этого специалисты разработ ...>>

Случайная новость из Архива Подводная ЛЭП высокого напряжения 19.02.2009 Вступил в строй подводный кабель высокого напряжения для передачи электроэнергии из Норвегии, где много гидроэлектростанций, в Голландию, испытывающую недостаток энергии. Кабель длиной 580 километров (это мировой рекорд длины подводной электропередачи) при нормальной нагрузке пропускает постоянный ток силой до 820 ампер, напряжением 450 киловольт. Медная сердцевина провода при этом нагревается до 50 градусов Цельсия, но внешняя оболочка практически не греется. Потери на сопротивление в пути составляют всего 3,7%, и еще по полтора процента теряется при преобразовании переменного тока в постоянный на норвежском берегу и обратно в переменный - на датском.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026