A dissociação de fônonos em minerais que ocorrem naturalmente permitem a memória ferroelétrica subatômica

Uma equipe de pesquisa descobriu fenômenos ferroelétricos ocorrendo em uma escala subatômica no brownmillerita mineral pure.

A equipe foi liderada pelo Prof. Si-Younger Choi, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais e do Departamento de Engenharia de Semicondutores da Postech (Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang), em colaboração com a equipe do Prof. Jae-Kwang Lee da Universidade Nacional de Pusan, e como a equipe do Prof. Woo-Seok Choi da Sungkunkwan. O trabalho aparece em Materiais naturais.

Os dispositivos eletrônicos armazenam dados em unidades de memória chamadas domínios, cujo tamanho mínimo limita a densidade das informações armazenadas. No entanto, a memória baseada em ferroelétrica vem enfrentando desafios na minimização do tamanho do domínio devido à natureza coletiva das vibrações atômicas.

A equipe de pesquisa encontrou inspiração para superar essas limitações na natureza. Eles se concentraram em Brownmillerite, um mineral de ocorrência pure caracterizado por suas camadas alternadas exclusivas de tetraédrica (Feo₄) e octaédrica (Feo₆) Estruturas de ferro-oxigênio, semelhantes a um sanduíche com camadas alternadas de pão e presunto.

Surpreendentemente, o Brownmillerite exibe um fenômeno especial conhecido como desacoplamento de fônonos. Os fônons representam vibrações atômicas. Normalmente, quando os átomos vibram, os átomos próximos também são influenciados, devido a vibrações coletivas. No entanto, no brownmillerita, quando as camadas tetraédricas vibram, as camadas octaédricas adjacentes permanecem principalmente não afetadas. Esta propriedade exclusiva permite a formação seletiva de domínios dentro das camadas tetraédricas quando um campo elétrico é aplicado.

Este fenômeno foi confirmado em vários tipos de brownmillerite, como filmes finos de srfeo_2.5 e café_2.5 e um único café cristalino_2.5. Os experimentos da equipe demonstraram que o campo elétrico influenciou apenas as camadas tetraédricas, alterando as posições atômicas, deixando as camadas octaédricas inalteradas. A equipe demonstrou ainda a praticidade desse fenômeno desenvolvendo com sucesso capacitores ferroelétricos e dispositivos transistoriais de filmes finos com base nessa estrutura.

Se comercializado, espera -se que essa tecnologia permita o desenvolvimento de dispositivos de memória que são dezenas de vezes menores e rápidos que os modelos atuais. Consequentemente, o Capacidade de armazenamento e a velocidade de processamento de smartphones e computadores pode ser significativamente melhorada, acelerando os avanços em tecnologias de processamento de dados de alta velocidade, como inteligência synthetic (AI) e veículos autônomos.

O Prof. Si-Younger Choi, da Postech, observou: “Este estudo exemplifica como a sabedoria derivada da natureza pode fornecer soluções críticas a limitações tecnológicas. Desbloqueando os segredos de fenômenos naturais ainda não explorados podem melhorar ainda mais a aplicabilidade de várias tecnologias avançadas”.