Cientistas do Instituto de Semicondutores da Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com outras instituições de pesquisa, desenvolveram uma transição túnel ferroelétrica deslizante. Esta transição oferece uma alta razão de resistividade túnel mantendo uma durabilidade extremamente alta. Os resultados deste trabalho foram publicados na revista Science.
Esta pesquisa visa a criação de memória não volátil e matrizes de computação em memória, onde o contraste de leitura e a confiabilidade operacional cíclica frequentemente estão em contradição ao usar células compactas de dois contatos.
Ferroelétricos deslizantes bidimensionais, como 3R-MoS2 e 1T′-ReS2, alternam a polarização através do deslizamento entre camadas, em vez de deslocamento iônico. Isso evita o acúmulo de defeitos que limita os ferroelétricos óxidos tradicionais e sustenta uma vida útil superior a $10^{11}$ ciclos.
No entanto, a polarização residual desses materiais é dois a três ordens de magnitude mais fraca do que nos análogos de óxido. Devido a isso, dispositivos de dois contatos muitas vezes não conseguem fornecer uma leitura elétrica forte sem a aplicação de campos agressivos, o que reduz a vida útil do dispositivo.
A equipe aplicou métodos de engenharia de heterostruturas van der Waals para empilhar camadas de Cr / h-BN / 3R-MoS2 / monocamada de grafeno, e depois expandiu essa estrutura para 1T′-ReS2. O nitreto de boro hexagonal serve como uma barreira túnel uniforme com baixo nível de vazamento, e o ferroelétrico deslizante cria um potencial intrínseco estável que modula a altura da barreira. A baixa densidade de estados e o fraco blindamento do grafeno permitem que a polarização controle a densidade de portadores de carga envolvidos no tunelamento.
Este mecanismo duplo converte a fraca polarização residual em um contraste de resistência significativo sem comprometer a vantagem do comutação deslizante em relação à fadiga. Com uma tensão de leitura de 0,5 V, o dispositivo atingiu uma razão de resistividade túnel de $1.9 \times 10^7$, mais de quatro ordens de magnitude maior do que as transições ferroelétricas deslizantes anteriores. Ao mesmo tempo, forneceu uma densidade de corrente operacional de $222 \text{ A/cm}^2$ e uma durabilidade superior a $10^{11}$ comutações.
A comutação confiável foi mantida com pulsos de até 13 nanossegundos com consumo de energia de $6.5 \text{ fJ/bit}$. Uma matriz de $8 \times 8$ demonstrou um comportamento não volátil bistável estável em todas as 64 células, destacando o potencial para integração em memórias densas e esquemas de computação em memória tipo crossbar.