Un nouveau matériel pourrait améliorer l'efficacité du traitement informatique et de la mémoire

Anonim

Une équipe de chercheurs dirigée par l'Université du Minnesota a mis au point un nouveau matériel susceptible d'améliorer l'efficacité du traitement informatique et de la mémoire. Les chercheurs ont déposé un brevet sur le matériel avec le soutien de la Semiconductor Research Corporation, et des spécialistes du secteur des semi-conducteurs ont déjà demandé des échantillons du matériel.

Les résultats sont publiés dans Nature Materials.

«Nous avons utilisé un matériau quantique qui a beaucoup attiré l’attention du secteur des semi-conducteurs au cours des dernières années, mais l’a créé de manière unique, ce qui a permis d’améliorer considérablement l’efficacité de l’informatique et de la mémoire. », a déclaré le chercheur principal Jian-Ping Wang, professeur émérite McKnight à l'Université du Minnesota et titulaire de la chaire Robert F. Hartmann en génie électrique.

Le nouveau matériau fait partie d’une classe de matériaux appelés «isolants topologiques», qui ont été étudiés récemment par les chercheurs en physique et en matériaux et par l’industrie des semi-conducteurs en raison de leur transport électronique unique et de leurs propriétés magnétiques. Les isolants topologiques sont généralement créés en utilisant un processus de croissance monocristallin. Une autre technique de fabrication courante utilise un procédé appelé épitaxie par faisceaux moléculaires dans lequel les cristaux sont cultivés dans un film mince. Ces deux techniques ne peuvent pas être facilement développées pour une utilisation dans l'industrie des semi-conducteurs.

Dans cette étude, les chercheurs ont commencé avec le séléniure de bismuth (Bi2Se3), un composé du bismuth et du sélénium. Ils ont ensuite utilisé une technique de dépôt en couche mince appelée "pulvérisation cathodique", qui est pilotée par l'échange de moment entre les ions et les atomes dans les matériaux cibles en raison de collisions. Bien que la technique de pulvérisation cathodique soit courante dans l’industrie des semi-conducteurs, c’est la première fois qu’elle est utilisée pour créer un matériau isolant topologique qui pourrait être étendu aux applications de semi-conducteurs et d’industries magnétiques.

Cependant, le fait que la technique de pulvérisation ait fonctionné n’était pas la partie la plus surprenante de l’expérience. Les grains de taille nanométrique de moins de 6 nanomètres dans la couche isolante topologique pulvérisée ont créé de nouvelles propriétés physiques pour le matériau, ce qui a modifié le comportement des électrons dans le matériau. Après avoir testé le nouveau matériel, les chercheurs ont constaté qu'il était 18 fois plus efficace dans le traitement informatique et la mémoire par rapport aux matériaux actuels.

"Comme la taille des grains diminuait, nous avons expérimenté ce que nous appelons le" confinement quantique "dans lequel les électrons du matériau agissent différemment, nous donnant plus de contrôle sur le comportement des électrons", a déclaré Tony Low, assistant de l’université. professeur de génie électrique et informatique.

Les chercheurs ont étudié le matériel à l'aide de la microscopie électronique à haute résolution (MET) à haute résolution de l'Université du Minnesota, une technique de microscopie dans laquelle un faisceau d'électrons est transmis à travers un spécimen pour former une image.

«À l’aide de notre système de balayage avancé à balayage corrigé des aberrations, nous avons réussi à identifier ces grains nanométriques et leurs interfaces dans le film», a déclaré Andre Mkhoyan, professeur agrégé de génie chimique et de matériaux et expert en microscopie électronique à l’Université du Minnesota.

Les chercheurs affirment que ce n’est qu’un début et que cette découverte pourrait ouvrir la voie à d’autres avancées dans l’industrie des semi-conducteurs et dans des secteurs connexes, tels que la technologie de la mémoire vive magnétique (MRAM).

"Avec la nouvelle physique de ces matériaux, il pourrait y avoir beaucoup de nouvelles applications", a déclaré Mahendra DC (Dangi Chhetri), premier auteur du document et docteur en physique. étudiant dans le laboratoire du professeur Wang.

Wang convient que cette recherche de pointe pourrait avoir un grand impact.

"Utiliser le processus de pulvérisation pour fabriquer un matériau quantique comme un isolant topologique à base de bismuth-séléniure va à l'encontre des instincts intuitifs de tous les chercheurs sur le terrain et n'est en réalité soutenu par aucune théorie existante", a déclaré Wang. «Il y a quatre ans, avec le soutien solide de Semiconductor Research Corporation et de l'Agence de recherche avancée pour la recherche, nous avons eu l'idée de chercher une voie pratique pour développer et appliquer le matériau isolant topologique aux futurs périphériques informatiques et de mémoire. La découverte expérimentale a conduit à une nouvelle théorie des matériaux isolants topologiques.

"La recherche consiste à être patient et à collaborer avec les membres de l'équipe. Cette fois, il y a eu un gros bénéfice", a déclaré Wang.

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