当我们通过无线网络与他人通信时，信息会被发送到数据中心，在那里收集、存储、处理和分发信息。随着计算能源使用的持续增长，它有可能成为本世纪能源消耗的主要来源。在大多数现代计算机中，内存和逻辑在物理上是分开的，因此这两个组件之间的交互在访问、操作和重新存储数据时非常耗能。
来自卡内基梅隆大学和宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员正在探索可能导致直接在晶体管顶部集成存储器的材料。通过改变微电路的架构，处理器可以更加高效并消耗更少的能量。除了在这些组件之间建立接近度之外，所研究的非易失性材料还有可能消除定期刷新计算机内存系统的需要。
他们最近发表在《科学》杂志上的工作探索了铁电材料，或具有可通过施加外部电场逆转的自发电极化的材料。最近发现的纤锌矿铁电体主要由已经纳入集成电路半导体技术的材料组成，可以集成新的节能设备，用于非易失性存储器、电光学和能量收集等应用。
纤锌矿铁电体的最大挑战之一是操作所需的电场与击穿场之间的差距非常小。
卡内基梅隆大学博士后研究员塞巴斯蒂安卡尔德隆说：“人们付出了巨大的努力来增加这一利润率，这需要透彻了解薄膜的成分、结构和结构对实际电场中偏振切换能力的影响。”该论文的主要作者。
这两个机构通过 3D 铁电微电子学中心 (3DFeM) 合作开展这项研究，该中心是宾夕法尼亚州立大学领导的能源前沿研究中心 (EFRC) 项目。
由 Elizabeth Dickey 教授领导的卡内基梅隆大学材料科学与工程系被选中参与该项目，因为它的背景是通过电子显微镜研究材料结构在非常小的尺度上的功能特性中的作用。
“Dickey 教授的团队带来了在非常小的长度尺度上测量这些材料结构的特定主题专业知识，以及对这个项目感兴趣的特定电子材料的关注，”材料科学教授 Jon-Paul Maria 和宾夕法尼亚州立大学工程学。
研究团队共同设计了一项实验，结合了两个机构在纤锌矿铁电体的合成、表征和理论建模方面的强大专业知识。
通过使用扫描透射电子显微镜(STEM)观察和量化实时偏振切换，该研究使人们对这种新型铁电材料如何在原子水平上切换有了基本的了解。随着该领域研究的进展，目标是将材料缩放到可用于现代微电子的尺寸。
