Группе ученых из Германии впервые удалось создать тонкие сегнетоэлектрические пленки из дельта-поливинилиденфторида (одной из модификаций привычного поливинилиденфторида или ПВДФ). Стоит отметить, что данный материал идеально подходит для хранения данных и других приложений, связанных с пластиковой электроникой, поскольку ему свойственна би-стабильная остаточная поляризация, которая может повторно «включаться» с помощью электрического поля.

Поливинилиденфторид – весьма удачный материал для многих практических применений.

С одной стороны, он может выдерживать большие температуры, оставаясь при этом химически нейтральным. С другой, он достаточно дешев в производстве.

Обычно поливинилиденфторид производится при комнатной температуре. В этих условиях на выходе технологи получают сравнительно грубый материал, не имеющий «специальных» свойств, в частности, сегнетоэлектрических. Связано это с тем, что в процессе производства ПВДФ кристаллизуется в неполярной фазе (одной из четырех различных кристаллических фаз этого материала). Однако еще в 1980-х годах было предсказано, что

другие кристаллические фазы поливинилиденфторида могут обладать сегнетоэлектрическими свойствами. Если бы ученым удалось получить подобную «версию» поливинилиденфторида, материал был бы идеален для применений в микроэлектронике. Но до недавнего времени подобные рассуждения можно было рассматривать, как мечты.

В своей последней работе совместная группа ученых из University of Groningen и Max Planck Institute for Polymer Research (Германия) обнаружила, что создать искомый материал с сегнетоэлектрическими свойствами можно решить с помощью его обработки на этапе производства высокими температурами.

По их данным, последующее применение к пластику коротких электрических импульсов индуцирует в ПВДФ сегнетоэлектрическую полярную дельта-фазу. Иными словами, при высоких температурах поливинилиденфторид превращается в гладкую тонкую пленку, которая становится сегнетоэлектриком после короткого электрического импульса. До сих пор подобные свойства у данного материала не фиксировались на эксперименте.

Группа ученых уже представила в рамках своей работы блок энергонезависимой памяти на основе тонкой сегнетоэлектрической пленки из дельта-поливинилиденфторида. По словам ученых,

данное устройство может программироваться с помощью напряжений, превышающих коэрцитивную силу материала, при этом считываться записанное значение будет при помощи меньших напряжений.

Хотя на данный момент пластиковые ячейки памяти уже существуют, они создаются при помощи специальных сополимеров поливинилиденфторида с трифторэтиленом. Этот материал крайне дорог в производстве. Кроме того, он теряет свои сегнетоэлектрические свойства при температуре более 80 градусов по Цельсию. При этом, естественно, теряются и все сохраненные данные.

В отличие от таких ячеек памяти, пленки из дельта-поливинилиденфторида сохраняют любую записанную информацию вплоть до температуры 170 градусов по Цельсию. Таким образом, они идеально подходят на роль ячеек памяти в современной электронике.

Стоит отметить, что пленки из дельта-поливинилиденфторида могут быть использованы не только в компьютерных чипах памяти, но и, к примеру, для производства «умной» упаковки для пищевых продуктов (упаковки, которая отслеживает срок годности товара), переносных мониторов здоровья и т.п.

Как считают исследователи, рабочее напряжение сегнетоэлектрической ячейки памяти на основе дельта-поливинилиденфторида может быть существенно снижено за счет уменьшения толщины пленки материала. Таким образом, сейчас исследователи работают над созданием менее гладких, но более тонких пленок из данного полимера. Конечная цель – создание функционального устройства памяти, которое может записываться с помощью напряжения менее 5 В.

Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature Materials.