初期の強誘電性 – 什么であるか、そしてどうやってコンピューティングを変えることができるか

低エネルギー・トランジスター

コンピューティングはほとんどがシリコン・トランジスターによって行われている。これらは今日のコンピューターの必須コンポーネントであるが、動作時に多くのエネルギーを消費する。
別の種類の半導体コンポーネントは、FET: フィールド・エフェクト・トランジスターである。この種のトランジスターは、半導体内での電流を制御するために電界を使用し、シリコン・トランジスターよりもはるかに少ない電力を消費する。現在、最も広く使用されているフィールド・エフェクト・トランジスターは、MOSFET（メタル・オキシド・セミコンダクター・フィールド・エフェクト・トランジスター）である。
https://www.youtube.com/watch?v=PMOaS967Yus
ペンシルバニア州立大学とミネソタ大学の科学者たちは、FETの以前見過ごされていた特性を探究している：初期の強誘電性。
初期の強誘電性は、一時的な、散在した分極の特性であり、物質が強誘電性になる可能性を持っているが、少しの推進が必要である。
これは、伝統的な二進法コンピューティング・メソッドではなく、脳が働くように模倣しようとする技術である、ニューロ・モルフィック・コンピューティングにとって非常に有用である可能性がある。このような方法では、多くのエネルギーを使用せずにデータを保存でき、外部空間のような厳しい条件にも対処できる。
研究者たちは、Nature Communicationに「亜ambient温度での自由立体SrTiO3ナノメンブレンにおける初期強誘電性を利用した多機能2D FETs」というタイトルの結果を発表した。

初期の強誘電性とは何か

強誘電性は、外部電界の適用によって逆転できる自発的な電気分極を持つ特定の材料の特性である。
これは、ダイエレクトリック・キャパシターに比べて物理的に小さい強誘電キャパシターを構築するために一般的に使用される。また、コンピュータとRFIDカードの強誘電RAMメモリを構築するために使用される物理的特性でもある。
初期の強誘電性は、強誘電特性が特定の条件でのみ発生する場合である：電気的充電を保持できるが、電気的充電を達成するために特定の条件が必要である。

「初期の強誘電性とは、室温では安定した強誘電秩序がないことを意味する。代わりに、極性ドメインの小さな、散在したクラスターがある。伝統的な強誘電材料よりも柔軟な構造である。」
ディパンジャン・セン – 工学科学博士課程

通常、この特性は材料の制限と見なされてきたが、利点ではなかった。なぜなら、これはこれらのトランジスターのメモリ保持時間が短くなる可能性があるからである。
これは、研究者チームが初期の強誘電性が低温ではより初期的ではなく、より伝統的なものになることを発見するまでだった。

初期の強誘電性の使用

初期の強誘電性のより柔軟な性質は、伝統的なコンピューティング・メソッドにとって問題となる。しかし、これを資産として利用することができる。

「低温では、この材料は伝統的な強誘電材料のような挙動を示した。ただし、室温では、この特性は異なっていた。リラックス・性質を持っていた。より無秩序で、短距離の分極応答を持っていた。」
サプターシ・ダス – ペンシルバニア州立大学工学教授

初期の強誘電性を使用して、ニューロン・ライク・コンピューティング・システム、つまりニューロ・モルフィック・コンピュータを作成できる。
これらのシステムは、ニューロンとシナプスを使用して情報を処理するように人間の脳が機能することを模倣し、伝統的なコンピュータよりもはるかに少ないエネルギーを使用する。
これらのシステムを有用なアプリケーションに活用するには、初期の強誘電特性が強化されたFETsを構築する必要がある。

初期の強誘電FETs

ストロンチウム・チタン酸ストロンチウム

これは、ミネソタ大学の研究者たちの課題であった。彼らは、基板上に原子の一層を堆積させて薄膜を形成することで、FETsを開発した。これらの薄膜は、ストロンチウム・チタン酸ストロンチウム（STO）で作られ、2次元材料であるモリブデン・ジスルファイドと組み合わせられた。

ソース: Nature Communication