Materiales foto-ferroeléctricos: usar la luz para almacenar información

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Un fotón invierte el estado binario 0/1 de un dispositivo de memoria.

Materiales foto-ferroeléctricos

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Estos nuevos materiales permiten guardar información de forma permanente usando la luz como estímulo

Miércoles, 20 enero, 2021

Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han descubierto que los materiales ferroeléctricos fotosensibles pueden pasar de un estado de baja resistencia a uno de alta resistencia sólo por la aplicación de pulsos de luz. Además, en el marco de este estudio, publicado en Nature Communications, se han diseñado memorias capaces de almacenar información no volátil (permanente) en distintos estados de resistencia. Estos nuevos dispositivos se podrían aplicar en un futuro en el diseño de sensores con memoria para ser usados, por ejemplo, en cámaras de fotos, o en almacenamiento de datos.

Fig. 1: Polarización en una película ferroeléctrica con IMP , fotoabsorción y su impacto en la polarización y ER túnel.

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Energía ( U ) de los dominios P ARRIBA (flechas azules) y P ABAJO (flechas rojas) en una película ferroeléctrica, en presencia de E IMP paralela a P ABAJO . a En el estado adulto. b En un campo eléctrico externo aplicado mayor o menor que el campo coercitivo ( E C + – E IMP ) y ( E C –  +  E IMP ), respectivamente, se produce la inversión de polarización. c Bajo iluminación, se suprimen bien la polarización y la doble energía potencial.d Después de la iluminación, la polarización macroscópica emerge a lo largo de una dirección dictada por E IMP preexistente . e Electroresistance (ER) de bucle medido en la oscuridad, en una unión de túnel ferroeléctrico como una función de una V W . El bucle se desplaza hacia V  <0, lo que ilustra la presencia de E IMP . f Conmutación de estado de baja resistencia (LRS) a estado de alta resistencia (HRS) promovida por inversión de polarización inducida ópticamente.
Fig. 2: Conmutación de polarización por acción combinada de luz y campo eléctrico IMP .

 

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Mapas de fase PFM (30 μm × 30 μm) de película BTO. Las regiones P DOWN y P UP se escribieron aplicando voltaje a la punta de -8 o +8 V dentro de un área de 10 μm × 10 μm en las regiones amarilla y negra, respectivamente. b Después de la iluminación (láser azul, 10 min), los dominios P UP se vuelven a conmutar.

Fig. 3: Electrorresistencia bajo iluminación.

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a Bucles I ( V ) siguiendo la ruta de −15 a +15 a −15 V recogidos en la oscuridad y bajo iluminación (láser rojo y azul). Recuadro arriba a la izquierda: esquema de la configuración de medición. Recuadro inferior derecha: Zoom de los bucles I ( V ) alrededor de V + C-LOW . b Bucles R ( V W ) recopilados usando escritura τ  = 1 ms en oscuridad y bajo iluminación (azul). Las flechas indican la dirección de polarización. c Lazos R ( V W ) recopilados mediante escritura τ  = 100 μs en oscuridad (símbolos negros) y bajo iluminación (azul) (símbolos azules). El bucle de histéresis de voltaje de fase PFM (símbolos rojos) de la muestra (eje inferior derecho). Las líneas punteadas verticales indican el E C en el bucle PFM, coincidiendo con V + C-LOW y V – C-LOW en el bucle R ( V W ). d Lazo P ( V ) e I ( V ) y croquis de la configuración de medición.
Fig. 4: Electrorresistencia de heteroestructuras dieléctricas / ferroeléctricas bajo iluminación.
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a Croquis del apilamiento de capas con una barrera BTO polarizada. b Bucle R ( V W ) recolectado usando escritura τ  = 100 μs en oscuridad (negro sólido y círculos abiertos) y bajo iluminación (símbolos azules). c Imágenes de fase PFM fuera del plano obtenidas después de escribir los dominios P DOWN y P UP (voltaje aplicado a la punta de +8 V (región amarilla interna) y −8 V (región negra)), respectivamente (imagen izquierda) y después iluminando la muestra LSMO / STO / BTO (imagen derecha). Las barras de escala corresponden a 10 µm. Abajo, perfiles de fase a lo largo de las líneas punteadas blancas en las imágenes correspondientes. d P ( V ) e I ( V ) lazo y croquis de la configuración de medición.
“Los dispositivos estudiados combinan funciones de sensor de luz y de memoria. Además, como se demuestra en el estudio, el dispositivo se comporta como un memristor.   Materiales foto-ferroeléctricos: usar la luz para almacenar información
Referencia científica:
Xiao Long, Huan Tan, Florencio Sánchez, Ignasi Fina, Josep Fontcuberta. Non-volatile optical switch of resistance in photoferroelectric tunnel junctions. Nature Communications, 2021. DOI: 10.1038/s41467-020-20660-9
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