Физики из США и Германии выяснили, что один из халькогенидных материалов — теллурид серебра, индия и сурьмы — способен изменять свое электрическое сопротивление быстрее, чем за одну триллионную долю секунды. По словам ученых, такое быстрое «переключение» свойств позволит создать на основе халькогенидов новые энергонезависимые модули памяти со скоростью записи в тысячу раз превышающей современные устройства. Ранее подобные материалы применялись в перезаписываемых DVD-дисках. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters (препринт), кратко о нем сообщает Physics и пресс-релиз Университета Стенфорда.

Ученые измеряли время, за которое материал (Ag₄In₃Sb₆₇Te₂₆) переходит из стеклообразного (неупорядоченного) состояния в кристаллическое под действием терагерцевого излучения. Этот переход сопровождается резким изменением сопротивления. В эксперименте авторы помещали халькогенидный материал между двумя золотыми электродами и облучали его последовательными пикосекундными импульсами. Физики отслеживали изменения в структуре  с помощью рентгеновских методов.

Роль терагерцевого излучения сводилась к тому, чтобы приложить к материалу электрическое поле большой напряженности. Золотые электроды в данном случае играли роль антенн, усиливающих разность потенциалов на образце. Ученым удалось добиться напряженности поля в 480 киловольт на сантиметр — сопоставимой с напряженностью перед разрядом молнии. 

a — «форма» терагерцевого импульса, b — строение образца, черным показаны золотые электроды, пространство между ними заполнено халькогенидным материалом, c — сравнение напряженности полей в присутствии золотых электродов и на воздухе. Peter Zalden, Michael J. Shu et al. / arXiv. org, 2016

Авторы обнаружили, что после взаимодействия с терагерцевым импульсом в халькогениде образуются нити кристаллизованного материала. Поскольку при этом не происходило сильного нагрева, то можно сделать вывод, что причиной кристаллизации стало именно электрическое поле. Как отмечают ученые, состояние материала переключалось за время, меньшее продолжительности импульса, — то есть менее, чем за одну пикосекунду. 

Однако физики отмечают, что переход из аморфного состояния в кристаллическое был лишь частичным. Точное время, необходимое для полного перехода, пока не определено. Вместе с тем для частичного переключения требуется гораздо меньше энергии, чем в традиционных модулях памяти. Ученые надеются, что это, в совокупности с быстротой процесса, поможет создать новую технологию для хранения данных.

Ранее физикам из Университета Дельфта удалось создать устройство с рекордно высокой плотностью информации — для кодирования одного бита используется всего лишь несколько атомов. Однако работа памяти требует поатомной сборки и на запись килобайта информации уходит несколько минут. 

Автор: Владимир Королёв