光驱动铁电体的研究中取得了重要进展 显示节能计算领域的巨大潜力

来自 实验室仪器网

研究人员在《先进材料》上发表的一项研究表明，一种铁电材料能够在光脉冲光子撞击材料时逐渐演化，并表现出意想不到的自适应行为。

科学家发现了一种对光脉冲的自适应反应，这种反应可以模仿铁电设备中神经网络的可塑性。这种行为可能对能耗更低的微电子技术有用。

铁电材料用于各种信息处理设备，包括执行器、计算机存储器、传感器和晶体管。

为了进行这项研究，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室、莱斯大学和宾夕法尼亚州立大学的科学家与阿贡的研究人员进行了合作。

该团队的材料展示了网络化的岛屿或区域，就像水中的油一样独特。这些纳米大小的区域可以响应光脉冲重新排序，这种自适应行为可以应用于微电子节能信息传输。

研究中使用的铁电样品是交替的钛酸锶层和铅层夹层。这个由莱斯大学合作者制作的七层三明治比一张纸薄1,000倍。该团队之前通过向样品施加单一、强大的光脉冲，在纳米级上产生了均匀、有序的结构。

研究团队利用纳米材料中心运营的纳米探针（光束线26-ID）和先进光子源(APS)可视化了纳米级响应，这两个设备都是美国能源部科学办公室的阿贡用户设施。纳米探针将样品暴露在一连串超快光脉冲下，同时用直径几十纳米的X射线束扫描样品。

由此产生的图像显示，光脉冲创建、擦除和重新配置了网络纳米域。这些域的长度范围从10纳米（大约比人类头发小10,000倍）到10微米（大约相当于云滴大小），这些域的面积和边界发生了变化和重新排列。最终产品由用于刺激样品的光脉冲数量决定。

与自适应网络类似，样本开始时纳米域呈蜘蛛网状排列，但光脉冲引起的破坏导致网络瓦解并创建服务于特定目标的全新配置。

最近的APS升级有望将X射线束亮度提高500倍，大大提高了随时间观察纳米级变化的能力。

随着这项关于网络纳米域随时间变化的突破性发现，开发人员距离创建用于信息处理和存储的自适应网络更近了一步。这一进展有望带来更节能的计算系统。

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