二氧化鉿是通往下一代記憶體運算的鑰匙？

編譯／高晟鈞

因應人工智慧、物聯網、5G通訊及智慧車等新興科技發展，伴隨而來的巨量資訊分析需求，使得各國政府乃至國際知名科技大廠如 Google、Apple、TSMC和Intel等等皆投入了大量資源，試圖加速開發具備更好性能與更低能耗的下世代記憶體。目前，最受到業界期待的便當屬「鐵電記憶體」了。

磁性記憶體的限制

目前大多數電腦仍建構在馮諾伊曼（von Neumann）架構上，因此數據資料必須在運算單元（CPU或GPU）和記憶體間反覆傳輸。這種模式不僅限制了整體效率，更造成了大量的能量消耗；而這種效能的限制最終形成了一道屏障，被稱為「Memory Wall」。

要想突破這道牆，就得實現運算與記憶在同一個地方執行，這種新一代架構便被稱為神經形態運算。此種架構的核心是兼具運算與儲存功能的記憶體元件，其中鐵電記憶體表現出的製程相容性與元件效能，使其受到業界高度關注。

鐵電記憶體有鐵嗎?

其實，鐵電材料並不含有鐵元素，會這樣命名只是因為其性質變化與鐵磁材料類似。鐵電材料製成的記憶體堅固耐用、速度快、成本低且更節能。鐵電記憶體主要透過施加外部電場，在一個方向中改變電極化，實現資料的存儲。

二氧化鉿

在特定的晶相中，二氧化鉿可以表現出鐵電性，要使二氧化鉿維持在鐵電狀態有幾種方法，將其拉伸至奈米厚度的二維薄膜，或是加入釔使其合金化。

然而，後者需要大量釔才能實現所需的鐵電態，在實現目標的同時，也混入了大量雜質。因此，如何儘可能減少釔的摻入，並改善材料性能是科學家們致力研究的問題。

在這項研究中，作者之一的Sobhit Singh透過計算得出，透過施加巨大的壓力，可以得到穩定亞穩態鐵電與反鐵電兩種形式的二氧化鉿。「兩種形式對於下一代數據與能量存儲的實際應用都十分有趣。」Singh博士說道。新方法只需要摻入以往一半左右的釔，大大提高了生長的二氧化鉿品質與純度。

資料來源:Innovations

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