Память нового поколения
Все большее внимание исследователей привлекают висмутсодержащие ферроэлектрики со слоистой структурой, впервые описанные Ауривиллиусом. Учеными ННГУ под руководством декана химического факультета профессора Александра Князева были получены основные представители семейства фаз Ауривиллиуса состава Bi2MoO6, Bi2WO6, Bi3NbTiO9, Bi4Ti3O12 и CaBi4Ti4O15. Фазы Ауривиллиуса долгое время остаются основными кандидатами в материалы для микросхем энергонезависимой памяти.
В настоящее время существующие виды оперативной памяти являются энергозависимыми, т. е. при отключении питания содержимое памяти стирается. Желание иметь энергонезависимую память в компьютерной технике давно стало очевидным. Разработки таковой ведутся давно, и они уже есть, например ферроэлектрическая память, так называемая FRAM (Ferroelectric Random Access Memory).
Основным элементом микросхемы является тонкая пленка ферроэлектрика. Так называются вещества, у которых при отсутствии внешнего электрического поля в определенном интервале температур существует спонтанная электрическая поляризация. Основу научного и практического интереса фаз Ауривиллиуса составляет переход из ферроэлектрического состояния в параэлектрическую фазу, что сопровождается исчезновением спонтанной поляризации. Принцип работы микросхем FRAM основан на переключении поляризации внешним электрическим полем между двумя состояниями – полярным и неполярным, при этом ячейка памяти соответственно хранит 0 и 1. Запись/чтение информации осуществляется за счет переключения поляризации сегнетоэлектрических доменов внешним электрическим полем.
Работа микросхемы может осуществляться в экстремальных условиях, то есть при высоких температурах. В связи с этим необходимы сведения о термической устойчивости данных соединений. Учеными ННГУ было изучено поведение полученных соединений при нагревании и установлен рабочий интервал температур материала микросхем. Кроме того, методом дифференциальной сканирующей калориметрии совместно с высокотемпературной рентгенографией определены температуры перехода из сегнетоэлектрического состояния в параэлектрическое. В ряду полученных соединений выявлена зависимость температуры перехода от состава и структуры образцов, что в дальнейшем позволит получать образцы с заданными свойствами.
Устойчивость к воздействию температур позволит использовать данные микросхемы памяти на химических предприятиях для контроля над промышленными процессами в условиях синтеза, а также в пожароохранных системах, оснащенных системами видеозаписи. В связи с этим для оценки изменения линейных размеров вещества при нагревании учеными проведено изучение теплового расширения фаз Ауривиллиуса.
По словам Александра Князева, исследователями обнаружено, что при нагревании линейные размеры изучаемых образцов увеличиваются преимущественно вдоль горизонтальной плоскости. При переходе в параэлектрическое состояние линейные параметры соединений увеличиваются более равномерно по всему объему. Данные сведения являются необходимыми для прогнозирования поведения материала при его эксплуатации в заданных условиях.
Совместно с коллегами из Института низких температур и структурных исследований во Вроцлаве (Польша) учеными ННГУ были проведены уникальные исследования колебательных свойств с использованием современных методов оптической спектроскопии. Результаты исследования позволили выявить ряд особенностей структуры, характерных только для фаз Ауривиллиуса благодаря их слоистой структуре.
