摘要：科学家利用了一个名为初期铁电的独特属性，以创建一种新型的计算机存储器，可以彻底改变电子设备的运作方式，例如使用更少的能量和在外部空间等极端环境中运行。...
宾夕法尼亚州立大学的科学家利用了一个名为“初始铁电性”的独特属性，以创建一种新型的计算机存储器，可以彻底改变电子设备的运作方式，例如使用较少的能量和在外在太空等极端环境中运行。
他们发表了他们的作品，该作品着重于多功能的二维野外晶体管（FET）自然通讯。 FET是高级电子设备，使用超薄材料来控制电信号，以紧凑的形式提供多个功能，例如开关，传感或记忆。它们是类似铁电的，这意味着当将外部电场应用于系统时，电动传导的方向可以逆转。 FET对于计算至关重要，因为类似铁电的属性使它们可以移动信号。
传统的计算系统，尤其是人工智能（AI）处理图像识别，消耗了重要的能量。铁电晶体管的低功率需求提出了可持续的替代方案。
这项研究的工程科学和力学博士生，研究的博士生兼研究的合着者Harikrishnan Ravichandran说：“众所周知，AI的加速器是渴望能量的。” “我们的设备迅速切换并消耗的能量要少得多，为更快，更绿色的计算技术铺平了道路。”
先前被忽视的FET属性的初期铁电性可能要感谢更快，更可持续的设备。初期的铁电性是指显示出临时，散射极化的迹象的材料，这意味着其中一部分可以切换电荷，例如微小的偶极子 - 相对的磁极相距很小的距离 - 但在正常条件下并没有沉降到稳定的状态。
将其视为有可能成为铁电的材料，但需要稍作推动。初期的铁电性是意味着材料即将成为铁电的边缘 - 它可以容纳电荷，但需要某些条件才能达到电荷。
工程科学和力学博士候选人兼研究的主要作者Dipanjan Sen说：“初期的铁电性意味着在室温下没有稳定的铁电顺序。” “取而代之的是，有极小域的较小，散落的群集。与传统的铁电材料相比，这是一个更灵活的结构。”
尽管这种特征通常被认为是一个局限性，但该小组发现，初期的铁电性在较冷的温度下变得越来越少，更传统。根据Ravichandran的说法，这些设备在温度范围内显示出独特的行为，这表明灵活性可以实现可能的新应用。
宾夕法尼亚州立大学工程学教授兼工程科学教授Ackley说：“该项目的主要目标是探索初期的铁电性，通常被视为缺点，因为它会导致短暂的记忆力保留，” “在低温条件下，这种材料表现出适合记忆应用的传统类似铁电行为。但是在室温下，该特性的行为不同。它具有这种放松的性质。”
松弛剂行为是指更无序的短距离极化响应。这种类型的行为是较不可预测的，并且更多的流体，这与传统铁电的稳定，远距离顺序形成鲜明对比。这意味着该材料的铁电特性在室温下较弱或较少。研究人员说，它并没有成为弊端，它显示出在神经形态计算中使用的潜力，该计算旨在模仿人脑使用神经元处理信息，并且比传统计算机使用的能量要少得多。像我们的大脑一样，它仅在需要时才使用电源来节省能量，例如打开和关闭电灯开关，而不是像传统计算机那样始终呆在上面。
工程科学和力学与研究合着者Mayukh Das说：“这些设备的作用像神经元，模仿生物学神经行为。”为了测试这一点，我们使用三分三三个像素图像的网格进行了分类任务。将每个图像分类为三个人造神经元。能够将每个图像分类为不同的类别。最终，该学习方法最终可用于图像识别和分类或模式识别。更少的能量。”
明尼苏达大学的合作者通过将原子层放在基材上形成薄膜，从而开发了FET。这些薄膜由钛酸锶制成，然后与二维材料二硫化物钼二硫化物结合在一起。
钛酸标通常是非有线的，这意味着它没有渗透电场。研究人员说，然而，钛酸腹酯的独立纳米膜表现出极性，这可以使材料能够表现出类似铁电的行为，尤其是在非常低的温度下。
钛酸锶薄膜及其初期的铁电性也是钙钛矿材料。具有特定类型的晶体结构的植物材料以其特殊的电子特性而重视。
森说：“我们惊讶地发现，这些众所周知的钙钛矿材料可以在设备水平上表现出外来的铁电特性。” “这不是我们预期的，但是一旦我们开始制造设备，我们就会看到可以真正定义高级电子产品的行为。”
研究人员指出，未来的研究将包括应对当前挑战，例如探索其他潜在材料，例如可伸缩性和商业可行性。
森说：“现在，这是在研发阶段。” “完善这些材料并将它们集成到智能手机或笔记本电脑等日常设备中将需要时间，因此需要探索更多。此外，我们正在研究其他材料，例如钛酸钡，以揭示其潜力。在材料和设备应用中，增长的机会都是巨大的。”
宾夕法尼亚州立大学的其他研究作者与Sen，Das和Ravichandran一起，包括工程科学与力学研究生Pranavram Venkatram； Zhang Zhang，工程科学与力学研究生； Yongwen Sun，工程科学与力学研究生；工程科学与力学研究生Shiva Subbulakshmi Radhakrishnan； Akash Saha，材料科学与工程研究生；材料科学与工程研究生Sankalpa Hazra； Chen Chen，二维水晶财团（2DCC-MIP）的薄膜助理研究教授； 2DCC-MIP的总监，材料科学与工程学兼电气工程教授琼·雷德温（Joan Redwing）； Venkat Gopalan，材料科学与工程学教授以及物理学； Yang Yang，工程科学与力学助理教授，核工程。该研究的合着者来自明尼苏达大学，包括Sooho Choo，Shivasheesh Varshney，Jay Shah，K。Andre Mkhoyan和Bharat Jalan。
美国国家科学基金会和陆军研究办公室支持这项工作。
