À medida que a demanda por computação intensiva em energia cresce, os pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge do Departamento de Energia desenvolveram uma nova técnica que permite que os cientistas vejam – com detalhes sem precedentes – como as interfaces se movem em materiais promissores para computação e outras aplicações. O método, agora disponível para usuários do Centro de Ciências dos Materiais de Nanofase da ORNL, poderia ajudar a projetar tecnologias dramaticamente mais eficientes em termos de energia.
Hoje, os information facilities consomem tanta energia quanto as pequenas cidades e esse uso está disparando. Para combater a tendência, os cientistas estão estudando materiais exóticos, como ferroelétricos, que podem armazenar e processar informações com muito mais eficiência que o silício, que é tradicionalmente usado. Mas perceber o potencial depende da compreensão dos processos que ocorrem em dimensões milhares de vezes menores que um cabelo humano – especificamente, nas paredes de domínio do materials ferroelétrico, que são os limites entre as áreas do materials que exibem diferentes propriedades magnéticas ou elétricas.
“As paredes de domínio podem ter propriedades completamente diferentes dos domínios vizinhos que separam“Disse Neus Domingo de Ornl”.Alguns podem realizar eletricidade – apesar do materials a granel não ser condutor – enquanto outros mostram comportamento magnético, apesar do materials circundante ser não magnético. Essas diferenças são importantes porque podem nos permitir usá-las como novos componentes nanoeletrônicos para armazenar e processar sinais nas menores escalas, o que é essencial para o desenvolvimento de dispositivos de baixa potência de próxima geração, como chips de memória e sensores. “
Os pesquisadores revelaram uma nova técnica que captura vistas detalhadas de como as paredes do domínio se movem sob campos elétricos que flutuam rapidamente. Conforme descrito no diário Pequenos métodosa técnica, chamada microscopia de força de força do oscilador de varredura, revela movimentos lentos e repentinos nesses limites, fornecendo novas idéias sobre o gerenciamento de energia em escalas extremamente pequenas.
O método preenche lacunas cruciais, criando visualizações dinâmicas que permitem aos cientistas observar como as paredes do domínio se movem e estimam melhor quanta energia é necessária para mudá -las. Ele transforma um instantâneo estático em uma sequência vívida e explicativa.
Compreender e controlar o comportamento de tais paredes de domínio sem essa nova técnica é como tentar treinar um jogo de futebol de apenas dois tiros: um mostrando o quarterback alinhado antes do snap e outro capturando o momento após o término da peça. Sem conhecer os eventos intermediários, é muito mais difícil saber se a peça foi uma corrida ou um passe, que os jogadores foram críticos ou que esforço levou ao resultado. Melhorar como a equipe joga exige poder ver toda a ação.
“O método preenche lacunas cruciais, criando visualizações dinâmicas que permitem aos cientistas observar como as paredes do domínio se movem e estimam melhor quanta energia é necessária para mudá -las. Transforma um instantâneo estático em uma sequência vívida e explicativa“Disse Stephen Jesse de Ornl”.Utilizando a medição e a eletrônica de controle com precisão, podemos alterar rápida e sistematicamente o estado de um materials ferroelétrico e observar como as mudanças evoluem ao longo do tempo. Até agora, esse nível de detalhe não foi alcançado usando microscopia de força atômica, e o método pode ser adaptado para uso em microscópios eletrônicos e outros instrumentos avançados. “
A técnica captura o movimento pequeno e repetido das paredes de domínio, à medida que reagem a mudanças em seu ambiente – como sinais elétricos ou mecânicos – e os movimentos repentinos e parados que acontecem quando as paredes ficam brevemente presos e depois mudam abruptamente, como uma porta grudando antes de se abrir.
Esses padrões de movimento, lisos e espasmantes, revelam como a polarização ferroelétrica é modificada dentro do materials. A polarização ferroelétrica é o alinhamento pure de cargas elétricas em certos materiais que podem ser alterados por um campo elétrico externo, e essa capacidade é essential para aplicações como armazenamento de memória e sensores.
Os pesquisadores pretendem refinar ainda mais essa técnica para estudar outros materiais e colaborar com os parceiros do setor para explorar possíveis aplicações comerciais.
O Programa de Ciências da Energia Básica do DOE financiou esta pesquisa. As experiências foram realizadas no Centro de Ciências dos Materiais de Nanofase, um escritório de usuários do Escritório de Ciências da DOE na ORNL.