Tag skridt mod forbedret datalagring

Et team af forskere har skabt verdens mest kraftfulde elektromagnetiske impulser i terahertz-området for i fine detaljer at kontrollere, hvordan et datalagringsmateriale skifter fysisk form. Denne opdagelse kan bidrage til nedskalerede hukommelsesenheder, til sidst revolutionerer, hvordan computere håndterer information.

CD'er kan være gået af mode, men de kan have inspireret den næste generation af computernanoteknologi. Et glaslag i CD'er består af et faseforandringsmateriale, der kan kodes med information, når lysimpulser får krystaller i små områder af laget til enten at vokse eller smelte.

Faseændringsmaterialer udløst af elektriske impulser - i stedet for lys - ville tilbyde nye hukommelsesteknologier med mere stabil og hurtigere drift end det, der er muligt i mange nuværende typer hukommelsesenheder. Ud over, nedskalering af hukommelsessteder i faseændringsmaterialer kan øge hukommelsestætheden. Men dette forbliver udfordrende på grund af vanskeligheden ved at kontrollere krystalliserings- og amorfiserings(smelte)processerne.

At behandle dette problem i en artikel i Fysisk gennemgangsbreve , et team af forskere ledet af Kyoto University observerede vækst i nanometerskala af individuelle krystaller i et faseskiftende materiale bestående af germanium, antimon og tellur – eller GST – efter at have påført kraftige terahertz-impulser som en trigger.

"En grund til, at krystallisering og amorfisering af GST under et elektrisk felt er vanskelige at kontrollere, er varmediffusionseffekterne i mikrometerskalaen forbundet med elektriske input, som også bidrager til krystalliseringen, " forklarer gruppeleder Hideki Hirori. "Heldigvis, terahertz-teknologier er modnet til det punkt, hvor vi kan bruge korte impulser til at generere stærke elektriske felter, mens vi undertrykker varmeeffekter."

Hirori og hans kolleger udviklede en terahertz-pulsgenerator, der leverede ultrakorte og meget intense terahertz-impulser over et par guldantenner. Disse impulser skabte et elektrisk felt i GST-prøven, der kan sammenlignes med det for en elektrisk skiftet enhed. Vigtigt, denne tilgang reducerede varmespredningen i høj grad på grund af den ekstremt korte varighed af terahertz-impulser - omkring 1 picosekund, eller 10 ^-12 sekunder - muliggør fin kontrol over hastigheden og retningen af ​​GST-krystallisation. Et område med krystallisation voksede i en lige linje mellem guldantennerne i retning af feltet, med nogle få nanometer pr. puls.

Når holdet sporede trinvise ændringer i krystallisation, mens antallet af terahertz-impulser blev øget, de blev overraskede over at opdage, at efter et vist tidspunkt, krystalledningsevnen steg hurtigt i stedet for at stige i takt med stigningen i terahertz-styrken. Forskerne antager, at elektroner, der hopper mellem tilstande i krystallen, tilføjede en uventet varmekilde til systemet, øge krystallisationen.

Hirori forklarer:"Vores eksperiment afslører, hvordan nanoskala og retningsstyret vækst af krystaller i GST kan opnås. Vi identificerede også et fænomen, som skulle hjælpe med design af nye enheder og i sidste ende realisere det hurtige og stabile potentiale for digital informationshåndtering, som dette materiale giver. løfter."