Исследователи из Токийского столичного университета разработали новый атомарно-слоистый материал, который при окислении демонстрирует снижение сопротивления на пять порядков. Это более чем в сто раз превышает снижение, наблюдаемое в аналогичных, но не слоистых материалах.
Анализ структуры
Команда обнаружила синергию между окислением и структурными изменениями, которая приводит к резким изменениям физических свойств. Новый материал обещает более энергоэффективные устройства следующего поколения, такие как мемристоры в вычислениях с использованием искусственного интеллекта.
Публикация
Работа [опубликована](https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.5c00810) в журнале Chemistry of Materials.
Развитие материалов нового поколения
В то время как искусственный интеллект революционизирует науку, промышленность и общество, происходит тихая революция в разработке материалов нового поколения для создания чипов и устройств, необходимых для удовлетворения спроса на большую вычислительную мощность. Особое внимание уделяется материалам для мемристоров — электронных элементов, которые кодируют «память» о предыдущих состояниях. Они могут найти применение в новых чипах для искусственного интеллекта, напоминая синапсы в мозге.
Одним из ключевых требований является возможность значительного изменения сопротивления по желанию. Команда под руководством доцента Даичи Оки из Токийского столичного университета работала с оксидными материалами переходных металлов, которые, как известно, демонстрируют снижение сопротивления при окислении.
Создание высококачественной тонкой слоистой кристаллической плёнки
Используя технологию импульсного лазерного напыления (PLD), команда смогла создать высококачественную тонкую слоистую кристаллическую плёнку Sr₃Cr₂O₇−δ — так называемую структуру перовскита из-за её сходства с одноимённым минералом.
Просто нагрев плёнку в воздухе, исследователи обнаружили, что сопротивление уменьшается на пять порядков. Это более чем в сто раз превышает ожидаемое значение для аналогичного материала SrCrO₃, который имеет трёхмерную структуру, но не является слоистым.
Понимание кристаллической структуры
Чтобы понять, почему это произошло, команда углубилась в изучение кристаллической структуры. Материал содержал большое количество кислородных вакансий — участков в структуре, которые должны быть заняты атомами кислорода. Когда плёнка нагревалась и отжигалась, кислород проникал в плёнку, что приводило к изменению структуры.
Природа атомов хрома, или их «степень окисления», также изменяется одновременно. Интересно, что команда обнаружила различия в структурных изменениях между слоистой плёнкой и её трёхмерным аналогом.
Они пришли к выводу, что синергия между изменениями в структуре плёнки и сдвигом в окислительном состоянии хрома создала сценарий, в котором электроны проводимости могли легче проходить через материал.
Сочетание окисления и слоистой атомной структуры — это новый принцип проектирования, с помощью которого можно создать целый ряд других плёнок. Команда надеется, что их метод вдохновит на новые направления исследований и разработки материалов для мемристоров, а также энергоэффективных передовых чипов для будущих вычислительных революций.
Предоставлено [Tokyo Metropolitan University](https://www.tmu.ac.jp/english/index.html)