Các đặc tính của hafnium dioxide (thường được gọi là hafina) nhìn bề ngoài có vẻ không đáng kể. Tuy nhiên, khi vật liệu này được chế tạo thành các lớp siêu mỏng, nó thể hiện những đặc tính hấp dẫn: Bằng cách chuyển đổi các lưỡng cực dưới tác động của điện trường, các lớp siêu mỏng như vậy có thể được sử dụng làm bộ nhớ máy tính bất biến. Hơn nữa, do cường độ của các lưỡng cực này bị ảnh hưởng bởi điện trường mà chúng đã trải qua trong quá khứ nên chúng rất phù hợp cho các điện trở nhớ, có thể được sử dụng để xây dựng các kiến trúc máy tính "giống như bộ não".
Beatriz Noheda, giáo sư vật liệu nano chức năng tại Đại học Groningen, đã nghiên cứu vật liệu này và gần đây đã viết một bài báo quan điểm về các đặc tính của nó cho tạp chí Nature Materials. Cô nói: “Mặc dù chúng tôi không hiểu tất cả về mặt vật lý, nhưng nó đã được sử dụng trong các thiết bị”.
Để tạo ra các máy tính hiệu quả hơn, bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) nhanh, ổn định dường như là một ứng cử viên sáng giá. Những vật liệu này bao gồm các tế bào có lưỡng cực chuyển đổi chung dưới tác dụng của điện trường. Tuy nhiên, nếu số lượng đơn vị quá ít, tài sản của chúng sẽ bị phá vỡ; khử cực tự phát xảy ra dưới khoảng 90 nanomet. Beatriz Noheda cho biết ngoại lệ là chỗ trống oxy
, được phát hiện ít nhiều một cách tình cờ. Hafner rất ổn định ở nhiệt độ cao và môi trường khắc nghiệt và thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp luyện kim và kỹ thuật hóa học. Tuy nhiên, khi Hafner vô định hình tỏ ra là chất cách điện cổng rất hiệu quả trong bóng bán dẫn, nó đã thu hút sự chú ý của các nhà sản xuất vi mạch. Việc thay thế oxit silic truyền thống bằng Hafner có thể làm cho bóng bán dẫn nhỏ hơn. "
Sự quan tâm của Noheda đối với tài liệu này bắt nguồn từ công việc của cô tại Trung tâm Vật liệu và Hệ thống Nhận thức ở Groningen (CogniGron), nơi cô là giám đốc khoa học. Mục tiêu của CogniGron là tạo ra các kiến trúc điện toán mô phỏng thần kinh. Hafnia là một trong những vật liệu được nghiên cứu tại trung tâm." Trong một bài báo đăng trên tạp chí Science vào năm 2021, chúng tôi mô tả cách thức chuyển đổi xảy ra không chỉ thông qua các lưỡng cực. Chúng tôi thấy rằng sự chuyển động của các chỗ trống oxy cũng đóng một vai trò nào đó", Noheda nói. Dựa trên kinh nghiệm của mình, cô đã được mời thảo luận về những bài học rút ra từ Hafnia trong một bài viết quan điểm trên tạp chí Nature Materials. 6
Hafnia hoạt động giống như một chất sắt điện, nhưng nó chỉ duy trì các đặc tính của nó ở cấp độ nano. hafnia, bây giờ họ đã như vậy. "Dẫn đầu." Tuy nhiên, Hafner dường như không hành xử giống hệt như một chất sắt điện, và như đã đề cập, sự chuyển động của các chỗ trống oxy dường như rất quan trọng đối với các đặc tính của nó.
Noheda cũng chỉ ra một khái niệm khác cần xem xét: năng lượng bề mặt của các hạt nano. “Biểu đồ pha cho thấy diện tích bề mặt tương đối lớn của các hạt này tạo ra áp suất cực cao trong hafnium dioxide, dường như đóng vai trò trong các tính chất của vật liệu này.” Loại kiến thức này sẽ rất quan trọng trong việc tìm kiếm các vật liệu khác có tính chất tương tự như hafnium. Với nguồn cung toàn cầu quá nhỏ, hafnium không phải là lựa chọn bền vững nhất để sản xuất vi mạch. Bằng cách tìm kiếm những vật liệu có đặc tính tương tự, chúng ta có thể tìm được những ứng cử viên tốt hơn. Zirconium là một lựa chọn. "
Việc tìm kiếm các giải pháp thay thế bền vững cho hafnium có thể đẩy nhanh việc sử dụng vật liệu sắt điện trong bộ nhớ RAM. Vì cường độ của lưỡng cực phụ thuộc vào lịch sử của điện trường tạo ra nó nên nó sẽ là vật liệu lý tưởng để sản xuất điện trở nhớ. Các thiết bị mô phỏng như vậy hoạt động tương tự như các tế bào thần kinh trong não của chúng ta và là ứng cử viên cho kiến trúc máy tính mô phỏng thần kinh. “Chúng tôi đang nỗ lực phát triển con chip thần kinh này. Nhưng trước tiên, chúng tôi phải hiểu đầy đủ các tính chất vật lý của hafnium dioxide và các vật liệu tương tự.”