Новый эвтектический сплав, свойства которого исследуют ученые Berekley Lab, можно использовать для создания запоминающих устройств. Два состояния – аморфное и кристаллическое – как нули и единицы в уже привычной нам транзисторной логике.

Фазовые переходы сплавов при изменении температуры можно использовать для создания устройств памяти. Ученые из Berkeley Lab и Калифорнийского университета работали над созданием эвтектического сплава. Это сплав металла и полупроводника, названного BEANs по первым буквам фразы на английском языке binary eutectic-alloy nanostructures (бинарные наноструктуры эвтектических сплавов).

В качестве источника фазового перехода может выступать электрический ток или луч лазера. Сплав переходит из кристаллического в аморфное состояние или обратно. В качестве компонент сплава используются германиевые наночастицы и кремний. Полученный сплав эвтектический – это мелкодисперсная смесь разнородных кристаллов, которые кристаллизуются при одинаковой постоянной температуре, наименьшей возможной для рассматриваемой системы. Рисунок 1 показывает общую диаграмму состояния сплавов и кривые охлаждения. Как видим, при температуре кристаллизации отмечается некоторая временная задержка, в течение которой происходит кристаллизация сплава.

Рис. 1. Диаграмма состояния сплавов. Кривые – зависимости температур кристаллизации от взаимной концентрации компонентов сплава.

Варьируя температуру сплава, скорости его охлаждения или нагрева, можно добиться переходов то из аморфного в кристаллическое, то из кристаллического в аморфное состояния. Как уже указывалось, в качестве источника изменения фазы сплава можно использовать лазерный луч или электрический ток. В аморфном состоянии предполагаются металлические свойства сплава. Условно аморфное состояние будем считать «нулем», а кристаллическое – «единицей». На рисунке 2 представлена диаграмма энтальпия-температура. Как известно, энтальпия – термодинамический потенциал, характеризующийсистему при посоянных давлении и энтропии. Если происходят какие-либо процессы передачи тепловой энергии или ее отвода из системы, энтальпия изменяется.

Рис. 2. Диаграмма энтальпии сплава “BEANs” в зависимости от температуры для различных его фаз – аморфной,жидкой и кристаллической (Image courtesy of Daryl Chrzan).

В будущем ученые намерены более детально изучить возможности практического воплощения данного явления.

Рис. 3. Команда ученых слева направо Joel Ager, Daryl Chrzan and Eugene Haller (Photo by Roy Kaltschmidt, Berkeley Lab Public Affairs).

По материалам