Miniaturisasi transistor Hukum Moore, yang bertujuan untuk meningkatkan integrasi, telah mendekati batas fisiknya, dengan masalah utama adalah konsumsi daya transistor tidak dapat dikurangi secara proporsional. Penelitian terbaru menyarankan dua cara untuk lebih mengurangi konsumsi daya: pertama adalah dengan menemukan bahan dielektrik oksida k tinggi baru dengan konstanta dielektrik lebih tinggi dan celah pita lebih besar dibandingkan hafnium dioksida (HfO2); cara lainnya adalah dengan menggunakan tumpukan gerbang feroelektrik/dielektrik pada transistor kapasitansi negatif untuk mengurangi tegangan operasi dan konsumsi daya. Baik konstanta dielektrik oksida k tinggi maupun transisi fase feroelektrik didorong oleh pelunakan fonon optik. Sebelumnya, para ilmuwan percaya bahwa pelunakan fonon optik hanya akan terjadi ketika muatan efektif Born cukup kuat untuk membuat interaksi Coulomb jarak jauh melebihi kekuatan ikatan atom jarak pendek. Namun, muatan efektif Born yang kuat menyebabkan trade-off antara konstanta dielektrik dan celah pita, menciptakan efek depolarisasi pada antarmuka, yang membatasi aplikasi material.
Para peneliti dari Institute of Semiconductors di Chinese Academy of Sciences, yang dipimpin oleh Dr. Luo Junwei, bekerja sama dengan Profesor Wei Suhuai dari Ningbo University of Technology, mengungkapkan asal mula rock yang sangat tinggi di rock yang sangat tinggi dan ultra-lebar di dielektrik yang sangat tinggi dan ultra-lebar Struktur Garam Beryllium oksida (RSBEO). Mereka mengusulkan teori baru yang mengurangi kekuatan ikatan atom dengan meregangkan ikatan atom, yang mengarah ke pelunakan fonon optik tanpa menginduksi depolarisasi. Penelitian terkait diterbitkan di Nature pada 31 Oktober, berjudul "Pelunakan fonon optik dengan mengurangi kekuatan ikatan interatomik tanpa depolarisasi".
Transisi fase feroelektrik yang digerakkan oleh pelunakan mode fonon optik ini tidak bergantung pada interaksi Coulomb yang kuat yang diperlukan oleh transisi fase feroelektrik tradisional, sehingga menghindari efek depolarisasi antarmuka. Penelitian tersebut menjelaskan "efek ukuran terbalik" di mana feroelektrik hanya muncul ketika ketebalan film Hf0.8Zr0.2O2 dan ZrO2 yang ditumbuhkan pada substrat Si/SiO2 dikurangi menjadi {{8} } nm. Ketika ketebalan film-film ini berkurang, ketidakcocokan kisi dengan substrat menginduksi regangan biaksial yang signifikan, mengurangi kekuatan ikatan atom dan melunakkan mode fonon optik transversal (TO). Hal ini menyebabkan penurunan frekuensi getarannya menjadi nol, menyebabkan transisi fase feroelektrik. Selain itu, dua faktor struktural utama, rasio aspek dan jarak antar lapisan, yang diprediksi oleh teori, dapat diukur secara eksperimental agar sesuai dengan nilai yang diamati.
Metode konvensional seperti perbedaan jari -jari ion, regangan, doping, dan distorsi kisi juga dapat meregangkan ikatan atom dan mengurangi kekuatan ikatan atom. Terobosan ini menawarkan pendekatan baru untuk mengatasi tantangan dalam menerapkan bahan dielektrik K tinggi dan bahan feroelektrik dalam transistor sirkuit terintegrasi. Ini juga memberikan prinsip baru untuk mengembangkan perangkat memori ferroelektrik dan perubahan fase-tinggi yang sangat tinggi yang kompatibel dengan proses CMOS.
Penelitian ini didukung oleh National Natural Science Foundation of China, National Distinguished Young Scholars Fund, National Major Scientific Instrument Development Project, Youth Team Plan in Basic Research of the Chinese Academy of Sciences, dan Strategic Priority Research Program (B -kelas) dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok.