p Usar ferroeletricidade em vez de magnetismo na memória do computador economiza energia. Se os bits ferroelétricos fossem nanométricos, isso também economizaria espaço. Mas a sabedoria convencional diz que as propriedades ferroelétricas desaparecem quando os bits são menores. Relatórios de que o óxido de háfnio pode ser usado para fazer um ferroelétrico em nanoescala ainda não convenceram o campo, no entanto, os físicos da Universidade de Groningen (UG) já reuniram evidências que podem persuadir os céticos, publicado em Materiais da Natureza em 22 de outubro. p Os materiais ferroelétricos têm um momento dipolar espontâneo que pode apontar para cima ou para baixo. Isso significa que eles podem ser usados ​​para armazenar informações, exatamente como bits magnéticos em um disco rígido. A vantagem dos bits ferroelétricos é que eles podem ser gravados em baixa tensão e potência. Os bits magnéticos requerem grandes correntes para criar um campo magnético para a comutação, e, portanto, mais poder. A desvantagem dos ferroelétricos é que os dipolos alinhados são estáveis ​​apenas em grupos bastante grandes, então, se você tornar os cristais menores, o momento dipolo eventualmente desaparece.

p Ceticismo

p "Reduzir o tamanho dos materiais ferroelétricos tem sido um tópico de pesquisa por mais de 20 anos, "diz a professora Beatriz Noheda da UG Functional Nanomaterials. Cerca de oito anos atrás, um avanço foi anunciado pelo Laboratório de Materiais Nanoeletrônicos em Dresden, Alemanha. Eles alegaram que os filmes finos de óxido de háfnio eram ferroelétricos quando mais finos do que dez nanômetros e que os filmes mais espessos na verdade perdiam suas propriedades ferroelétricas. Noheda diz, "Isso ia contra tudo que sabíamos, então a maioria dos cientistas estava céptica, incluindo eu. "Parte do ceticismo era porque as amostras de háfnio ferroelétrico usadas nesses estudos eram policristalinas e apresentavam fases múltiplas, obscurecendo qualquer compreensão fundamental clara de tal fenômeno não convencional.

p Noheda e seu grupo decidiram investigar. Eles queriam estudar esses cristais cultivando filmes limpos (fase única) em um substrato. Usando técnicas de espalhamento de raios-X e microscopia eletrônica de alta resolução, eles observaram que filmes muito finos (abaixo de dez nanômetros) crescem em uma estrutura polar totalmente inesperada e até então desconhecida, que é necessário para ferroeletricidade. Combinando essas observações com medições de transporte meticulosas, eles confirmaram que o material era de fato ferroelétrico. “No substrato que usamos, os átomos estavam um pouco mais próximos do que os do óxido de háfnio, então os cristais de háfnio ficariam um pouco tensos, "Noheda explica.

p Fase polar

p Para sua surpresa, eles notaram que a estrutura do cristal mudou quando as camadas ultrapassaram dez nanômetros, reproduzindo assim os resultados do laboratório de Dresden. Noheda:"Usamos um método totalmente diferente, mas chegamos a conclusões semelhantes. Isso confirmou que a ferroeletricidade em cristais de óxido de háfnio nanométricos é de fato real e não convencional. E isso levantou a questão:por que isso acontece? "

p O denominador comum em ambos os estudos foi o tamanho. Pequenos cristais tornaram-se ferroelétricos, enquanto os cristais maiores perderam essa propriedade. Isso levou os cientistas a estudar os diagramas de fase do óxido de háfnio. Em um tamanho muito pequeno, partículas têm uma energia de superfície muito grande, criando pressões de até 5 gigapascais no cristal. Os diagramas de fase mostram um arranjo de cristal diferente em tal pressão. "Esta pressão, junto com a tensão imposta pelo substrato, induz uma fase polar, o que está de acordo com a observação de que esses cristais são ferroelétricos, "conclui Noheda.

p Ciclo de despertar

p Mais uma descoberta importante é que, em contraste com os filmes finos em Dresden, os novos cristais não precisam de um ciclo de 'despertar' para se tornarem ferroelétricos. Noheda:"Os filmes finos previamente estudados só se tornaram ferroelétricos depois de passar por uma série de ciclos de comutação. Isso aumentou a suspeita de que a ferroeletricidade era algum tipo de artefato. Agora acreditamos que os ciclos de despertar foram necessários para alinhar os dipolos em" "amostras cultivadas por meio de outras técnicas. Em nosso material, o alinhamento já está presente nos cristais. "

p Na opinião de Noheda, os resultados são conclusivos:o óxido de háfnio é ferroelétrico em nanoescala. Isso significa que pedaços muito pequenos podem ser construídos a partir deste material, com a vantagem adicional de alternar em baixa tensão. Além disso, o substrato específico usado neste estudo é magnético, e esta combinação de bits magnéticos e ferroelétricos traz um grau extra de liberdade, permitindo que cada bit armazene o dobro da informação. Agora que o mecanismo de ferroeletricidade nanométrica está claro, parece provável que outros óxidos simples possam ter propriedades semelhantes. Noheda espera que juntos, isso vai desencadear muitas novas pesquisas.