Энергонезависимая компьютерная память, работающая на основе эффекта фазовых переходов (phase-change memory, PCM или PRAM), разрабатывается уже достаточно давно. К примеру, компания Samsung уже пробовала использовать такой тип памяти в некоторых моделях своих смартфонов, но в любом случае, плотность хранения информации и скорость записи в PCM-память сопоставимы с аналогичными характеристиками Flash-памяти. Группе ученых из Кембриджского университета, применим метод предварительной организации атомов активного вещества PCM-памяти, удалось сократить время записи информации до значения, не превышающего одну наносекунду.

Память на эффекте фазовых переходов хранит информацию на кристалле из специального вещества, обычно это сплав германия, сурьмы и теллура (Ge2Sb2Te5 или GST). Проходящий импульс электрического тока заставляет кристалл сплава разогреться до определенной температуры, при которой атомы формируют упорядоченную кристаллическую решетку.

Импульс тока с другими электрическими и временными характеристиками может возвратить структуру сплава назад в хаотическое состояние. С помощью измерительных цепей определяется сопротивление кристалла, которое имеет меньшее значение при упорядоченной кристаллической структуре. Это сопротивление определяет значение логической 1 или 0 бита информации, записанной в кристалле, который выступает в качестве одной ячейки памяти.

Наиболее широко используемые для PCM-памяти материалы имеют достаточно высокую теплоемкость, и как следствие, высокую инерционность. Поэтому время фазового перехода и кристаллизации достаточно длительно, оно обычно гораздо длиннее тех наносекунд, которые могут сделать PCM-память сопоставимой по скорости с динамической памятью. Так же эти материалы являются аморфными и самопроизвольно кристаллизуются при низкой температуре, постепенно утрачивая записанную в них информацию в течение длительного времени.

Ученым из Кембриджа, под руководством Стивена Элиота (Stephen Elliott) удалось искусственно «стимулировать» кристаллы материала Ge₂Sb₂Te₅, снизив время кристаллизации до рекордно низкого значения. Этим стимулом стала предварительная организация атомов кристалла Ge₂Sb₂Te₅, которая производилась воздействием слабого электрического поля. Ученые взяли крошечный цилиндр из GST, диаметром всего 50 нанометров. Этот цилиндр был зажат между двумя титановыми электродами, на которые подавался «разогревающий» потенциал в 0.3 В.

Электрический импульс, напряжением в 1 В и длительностью 500 пикосекунд, приводил к почти моментальной кристаллизации материала цилиндра. Достигнутое значение времени кристаллизации в десятки раз превышает время кристаллизации традиционных германий-теллуровых сплавов.

С полученной скоростью записи, уже сопоставимой со скоростью динамической памяти, повсеместно используемой в современных компьютерах, новая PCM-память может стать основой вычислительных систем будущего, которые будут готовы к работе моментально после включения.