Ученые Тель-Авивского университета в Израиле создали самую маленькую в мире технологию толщиной всего в два атома. Результаты исследования, опубликованные в журнале Science, предполагают, что электрическую информацию можно хранить в тончайшем устройстве, известном науке. Из-за необычной реализации памяти путем скольжения атомарных слоев относительно друг друга авторы назвали новую концепцию слайдтроникой (от англ. slide — «скользить»).
Пленка состоит из двух слоев гексагональной структуры, образованных атомами бора и азота. В естественном трехмерном состоянии такой материал состоит из большого количества слоев, причем каждый слой повернут на 180 градусов относительно другого, то есть образуется антипараллельная конфигурация. Ученым удалось создать параллельную конфигурацию, когда один слой слегка сдвигается относительно другого так, чтобы атомы бора и азота, имеющие противоположные заряды, находились друг напротив друга и удерживались силами Ван-дер-Ваальса. Половина атомов каждого слоя при этом находятся напротив пустого пространства — центра шестиугольника. В такой конфигурации в верхнем слое в перекрытии участвуют только атомы бора, а в нижнем — атомы азота.
Нарушение симметрии, отсутствующее в природных кристаллах, заставляет электрический заряд реорганизоваться между слоями и генерировать крошечную внутреннюю электрическую поляризацию, перпендикулярную плоскости слоя. Если приложить внешнее электрическое поле в противоположной системе, два слоя начинают скользить относительно друг друга, чтобы переключить ориентацию поляризации. Причем такая конфигурация сохраняется, даже если внешнее поле отключить.
Иными словами, двухслойный материал представляет собой сегнетоэлектрик, когда в кристалле возникает спонтанная поляризация, несмотря на то, что нитрид бора в целом сегнетоэлектриком не является. Сегнетоэлектрики обладают свойством гистерезиса (переключение под действием внешнего поля), что делает тонкопленочные устройства подходящими для изготовления сегнетоэлектрической оперативной памяти. В современной технике используются толстые трехмерные системы, поэтому «слайдтронные» пленки способствуют еще большей миниатюризации устройств.
Кроме того, из такого материала можно создать устройства памяти, основанные на туннельном эффекте. Сегнетоэлектрики не проводят электрический ток, однако сквозь тонкие пленки электроны могут проскакивать или туннелировать благодаря своей квантовой природе. Такой туннельный ток зависит от приложенного к сегнетоэлектрику напряжению, то есть запись информации осуществляется путем приложения внешнего поля, а считывание — через измерение туннельного тока. Такая память характеризуется чрезвычайно низким энергопотреблением, что выгодно отличает ее от современных устройств оперативной памяти.
Александр Еникеев
