La Llei de Moore de la miniaturització del transistor, destinada a millorar la integració, s'ha acostat als seus límits físics, amb el problema principal que no es pot reduir proporcionalment el consum d'energia del transistor. Les investigacions recents suggereixen dues maneres de reduir encara més el consum d'energia: una és trobar nous materials dielèctrics d'òxid d'alt k amb una constant dielèctrica més alta i un interval de banda més gran que el diòxid d'hafni (HfO2); l'altre és utilitzar piles de portes ferroelèctriques/dielèctriques en transistors de capacitat negativa per reduir la tensió de funcionament i el consum d'energia. Tant la constant dielèctrica d'alt k dels òxids com les transicions de fase ferroelèctrica estan impulsades pel suaviment òptic de fonons. Anteriorment, els científics creien que el suavització dels fonons òptics només es produiria quan la càrrega efectiva de Born fos prou forta per fer que les interaccions de Coulomb de llarg abast superessin les forces d'enllaç atòmic de curt abast. No obstant això, la forta càrrega efectiva de Born condueix a una compensació entre la constant dielèctrica i el bandgap, creant un efecte de despolarització a la interfície, que limita les aplicacions dels materials.
Investigadors de l'Institut de Semiconductors de l'Acadèmia Xinesa de Ciències, dirigits pel Dr. Luo Junwei, en col·laboració amb el professor Wei Suhuai de la Universitat Tecnològica de Ningbo, van revelar l'origen anòmal de la constant dielèctrica ultra alta i el bandgap ultra ample a la roca. estructura de la sal òxid de beril·li (rsBeO). Van proposar una nova teoria que redueix la força de l'enllaç atòmic estirant els enllaços atòmics, donant lloc a un suavització de fonons òptics sense induir la despolarització. La investigació relacionada es va publicar a Nature el 31 d'octubre, titulada "Suavització del fonó òptic per força d'enllaç interatòmic reduït sense despolarització".
Aquesta transició de fase ferroelèctrica basada en el mode fonó òptic no es basa en les fortes interaccions Coulomb requerides per les transicions tradicionals de fase ferroelèctrica, evitant així l'efecte de despolarització de la interfície. La investigació va explicar l'efecte "de mida inversa" en què la ferroelectricitat només apareix quan el gruix de Hf 0. 8Zr 0. 2O2 i Zro2 es redueix en un substrat Si/SiO2 a {{8} } nm. A mesura que el gruix d’aquestes pel·lícules disminueix, el desajust de gelosia amb el substrat indueix una soca biaxial significativa, reduint la força d’enllaç atòmic i suavitzant els modes de fonó òptic transversal (a). Això comporta una disminució de la seva freqüència vibracional a zero, induint una transició de fase ferroelèctrica. Addicionalment, els dos factors estructurals clau, la proporció d’aspecte i l’espai entre la línia interlayer, previstos per la teoria, es poden mesurar experimentalment per coincidir amb els valors observats.
Els mètodes convencionals com les diferències de radi d’ions, tensió, dopatge i distorsió de gelosia també poden estirar enllaços atòmics i reduir la força d’enllaç atòmic. Aquest avenç ofereix un nou enfocament per afrontar els reptes per aplicar materials dielèctrics de gran K i materials ferroelèctrics en transistors de circuits integrats. També proporciona un nou principi per desenvolupar dispositius de memòria ferroelèctrics i de canvi de fase de gran densitat que són compatibles amb els processos CMOS.
La investigació va comptar amb el suport de la National Natural Science Foundation de la Xina, el National Distinguished Young Scholars Fund, el National Major Scientific Instrument Development Development, el Pla de l’equip juvenil en investigació bàsica de l’Acadèmia de Ciències Xineses i el Programa de Recerca Prioritat Estratègica (B (B (b -Classe) de l'Acadèmia de Ciències xineses.