Chips: Ultradünner Film behält seine magnetischen Eigenschaften
· Redaktion BehindLines
Forscher der Brown University in den Vereinigten Staaten sagen, sie hätten ein großes Hindernis bei der Herstellung sehr energiesparender Chips beseitigt. Laut dem Text von ScienceDaily, der eine Mitteilung von Brown wiederveröffentlicht, lassen sich mit ihrer Technik Bismutferrit-Filme von nur wenigen Ångström Dicke herstellen, ohne dass sie ihre wesentlichen elektrischen und magnetischen Eigenschaften verlieren.
Das Problem der „toten Schicht“
Multiferroische Materialien verbinden elektrische und magnetische Eigenschaften, die sich mit sehr geringen Spannungen gemeinsam steuern lassen. Dem Text zufolge könnten sie die Elektronik von morgen deutlich energieeffizienter machen, auch angesichts der wachsenden Nachfrage durch künstliche Intelligenz, indem sie zum Bau von Speicher- und Logikbauteilen dienen.
Das Haupthindernis ist folgendes: Werden diese Materialien so dünn gemacht, dass sie in solche Bauelemente passen, verlieren sie in der Regel das elektrische und magnetische Verhalten, das ihren Wert ausmacht. Wissenschaftler sprechen vom Effekt der „toten Schicht“. Zwei Phänomene sind laut dem Text die Ursache: Die Atomstruktur verformt sich, und innere elektrische Felder stören die Polarisation so stark, dass sie sich nicht mehr aufrechterhalten lässt.
Ein Schichtaufbau
Das Team unter der Leitung von Lucas Caretta, Assistenzprofessor für Ingenieurwesen an der Brown University, hat das Bismutferrit auf einen Träger aus Dysprosiumscandat aufgebracht, eine Seltenerd-Verbindung. Dieser Träger hat eine Kristallstruktur mit etwas kleineren Abmessungen, wodurch das Bismutferrit zusammengedrückt wird und seine Atomstruktur erhalten bleibt. Eine zweite metallische Schicht gleicht die unerwünschten elektrischen Felder aus.
„Wir haben gezeigt, dass sich die tote Schicht beseitigen lässt. Man kann dieses Material praktisch beliebig dünn machen, bis hinunter zu wenigen Ångström, und es bleibt ferroelektrisch und magnetisch“, sagt Lucas Caretta, zitiert im Text. Die Ergebnisse erscheinen in der Fachzeitschrift Nature Materials.
Eine unerwartete Form des Magnetismus
Laut dem Text bringt das Verfahren auch Altermagnetismus hervor, einen Zustand, der Stärken von Ferromagnetismus und Antiferromagnetismus vereint. Nach Lucas Caretta sind ferromagnetische Materialien vergleichsweise langsam, und ihre Streufelder verhindern, sie auf einem Chip dicht zu packen, während antiferromagnetische Materialien schneller sind, ihre Signale aber viel schwerer zu erkennen; altermagnetische Materialien können schnell und kompakt sein und ein starkes elektrisches Auslesesignal liefern.
Die Zusammenfassung des Artikels in Nature Materials spricht von „Signaturen“ eines aufkommenden Altermagnetismus. Für eine Dicke von vier Elementarzellen beschreibt sie eine kollineare monokline Phase mit altermagnetischer Ordnung vom d-Wellen-Typ, gestützt durch magnetischen Zirkulardichroismus und spinaufgelöste Photoemission.
Warum das wichtig ist
Laut Lucas Caretta könnten diese Ergebnisse multiferroische Materialien einer praktischen Anwendung in stromsparenden Speicher- und Rechenbauteilen näherbringen. Der Text stellt jedoch klar, dass die Technik noch weiterentwickelt werden muss, bevor sie in kommerzielle Chips integriert werden kann; er fügt hinzu, die Forschung zeige, dass sich eine seit Langem bestehende Grenze der Materialien überwinden lässt. In den herangezogenen Quellen war nur die Zusammenfassung des Artikels in Nature Materials zugänglich.