Отримано кристали, які можуть відкрити нову еру в індустрії комп'ютерної пам'яті. Вони недорогі, прості у виробництві і, головне, проявляють потрібні властивості при кімнатній температурі.

Клас органічних матеріалів, отриманих у лабораторіях Північно-Західного університету Іллінойсу (США), відкриває новий, захоплюючий дух можливості у практичному використанні сегнетоелектриків – кристалів зі здатністю до самополяризації, для яких характерне явище гістерезису, або пам'яті про попередній стан. Ці властивості допоможуть у розробці нових енергонезалежних пристроїв пам'яті для комп'ютерів, мобільних пристроїв і великих дата-центрів, що реалізують хмарні обчислення.

Команда хіміків, що працює під керівництвом Семюела Стаппа, змогла синтезувати великорозмірні кристали із сегнетоелектричними властивостями, використовуючи як будівельні блоки всього два типи відносно нескладних органічних молекул. Останні самозбираються за допомогою водневих зв'язків у високовпорядковану кристалічну структуру, здатну до спонтанної електричної поляризації, коли одна сторона кристалічного зразка несе слабкий позитивний, а інша - слабкий негативний заряд (вперше цей ефект, аналогічний явищу феромагнетизму, був відкритий і досліджений у 1920 році на кристалах сегнетової солі - тетрагідраті подвійної натрієво-калієвої солі винної кислоти).

Поляризацією кристала можна керувати, подаючи на нього зовнішнє електричне поле.

Якщо електричне поле забрати, кристал «запам'ятає» останню поляризацію. Ця властивість робить сегнетоелектрики дуже перспективним матеріалом у розробці пристроїв енергонезалежної комп'ютерної пам'яті, адже одну конфігурацію диполя (базової комірки пам'яті) можна прийняти за умовну «одиницю», а іншу - за умовний «нуль».

Міжіншим, знайти сегнетоелектрик, відносно дешевий у виробництві і, головне, працюючий при кімнатній температурі, виявилось не так вже і просто.

Власне, команда Стаппа вирішила обидва завдання відразу.

У кристалі обмін електронами відбувається між розташованими по черзі "партнерськими" молекулами - донорами (виділені червоним) і акцепторами (фіолетовим). (зобр. Nature)

Як сировина для виробництва кристалів із сегнетоелектричними властивостями був використаний піромеліт діазену (C₁₀H₄N₂O₄), молекули якого грають у кристалічній тривимірній ґратці роль електронних акцепторів. Другим компонентом кристалу можуть бути молекули нафталену (C₁₀H₈), пірену (C₁₆H₁₀) чи тетратіафульвалену ((H₂C₂S₂C)₂), що відіграють у 3D-ґратці роль електронних донорів. Кристали, що утворились, проявляли властивості сегнетоелектриків при кімнатній температурі, на відміну від конкурентів з інших лабораторій, які «погоджуються» бути сегнетоелектриками лише у присутності кріогенних установок.

Для сегмента органічної хімії, що вивчає цей перспективний клас речовин, це справжній прорив.

У кристалах обмін електронами відбувається між розташованими по черзі «партнерськими» молекулами - донорами й акцепторами. Під дією електричного поля партнерські зв'язки миттєво перебудовуються, поляризація змінюється на протилежну і зберігається, навіть якщо поле забрати.

У цілому група Стаппа вивчила десять різновидів сегнетоелектриків, отриманих за технологією самоскладання, і описала три з них у статті, опублікованій у журналі Nature. За заявою авторів, використана ними технологія дозволить «створювати майже необмежені бібліотеки сегнетоелектричних матеріалів», що відкриває, на думку одного з коментаторів статті, «справжній ящик Пандори в області сегнетоелектроніки».

Технічні ж переваги останньої досить привабливі.

Наприклад, пристрої енергонезалежної пам'яті на основі таких кристалів частково вирішать проблему енергоспоживання не тільки у ґаджетах, але і у «хмарних» дата-центрах, що витрачають все більше й більше енергії для зберігання величезних масивів даних у напівпровідникових пристроях типу RAM на основі кремнію, які втрачають інформацію при вимиканні живлення. Подальші дослідження органічних кристалів на основі піромеліту діазену повинні показати, наскільки перспективна ця технологія з погляду експлуатації та масового виробництва і чи складе вона конкуренцію енергонезалежним модулям пам'яті на основі феромагнетиків, вартість яких залишається поки високою.

Джерело: InfoNova.org.ua

За матеріалами: gazeta.ru