Övergångsmetalloxider (TMO) studeras omfattande, tekniskt viktiga material, på grund av deras komplexa elektroniska interaktioner, resulterar i en stor variation av kollektiva fenomen. Minneseffekter i TMO har fått ett enormt intresse, vara av både grundläggande vetenskapligt intresse och teknisk betydelse.
Dr. Amos Sharoni vid Bar-Ilan Universitys institution för fysik, och Institutet för nanoteknik och avancerade material (BINA), har nu avslöjat en ny typ av minneseffekt, utan samband med minneseffekter som tidigare rapporterats.
Dr Sharoni, tillsammans med sin elev Naor Vardi, och med stöd av teoretisk modellering av Yonatan Dubi från Ben-Gurion University i Negev, använde en enkel experimentell design för att studera förändringar i egenskaperna hos två TMO, VO2 och NdNiO3, som genomgår en metallisolatorfasövergång. Deras resultat, precis publicerat i tidskriften Avancerade material , inte bara demonstrera ett nytt fenomen utan, viktigt, ger också en förklaring av dess ursprung.
Rampvändningsminne
Metallisolatorövergångar är övergångar från en metall (material med god elektrisk ledningsförmåga av elektriska laddningar) till en isolator (material där laddningskonduktiviteten snabbt undertrycks). Dessa övergångar kan uppnås genom en liten variation av externa parametrar som tryck eller temperatur.
I Sharonis experiment, när de värms upp går de studerade TMO:erna från ett tillstånd till ett annat, och deras egenskaper genomgår en förändring, börjar i ett litet område där "öar" utvecklas och sedan växer, och vice versa under kylning, liknar samexistensen av is och vatten under smältning. Sharoni kylde sina prover medan övergången pågick, och undersökte sedan vad som hände när de värmdes upp igen. Han fann att när den återuppvärmda metalloxiden nådde den temperaturpunkt vid vilken återkylning hade inträffat, det är, i fassamexistenstillståndet - en ökning av motståndet mättes. Och denna ökning av motståndet observerades vid varje annan punkt vid vilken kylning initierades. Detta tidigare okända och överraskande fenomen visar skapandet av ett "minne".
Sharoni förklarar:"När temperaturrampen är omvänd, och provet kyls snarare än upphettas, riktningsändringen skapar ett "ärr" varhelst det finns en fasgräns mellan de ledande och isolerande öarna. Rampvändningssekvensen "krypterar" i TMO ett "minne" av omkastningstemperaturen, vilket visar sig som ökat motstånd." Dessutom, det är möjligt att skapa och lagra mer än ett "minne" i samma fysiska utrymme.
Sharoni liknar skapandet av ett "ärr" med vågornas rörelse på stranden. En våg rusar uppför stranden och när den drar sig tillbaka lämnar den en liten sandhög längst bort som den nådde. När vågen återvänder saktar den in och bromsar när den når kulhindret i sin väg. Dock, om en stark våg följer, den rusar över högen och förstör den. Liknande, Sharoni fann att ytterligare uppvärmning av TMO gör det möjligt för den att slutföra övergången och att passera de ärrade gränserna, "läka" ärren och omedelbart radera minnet. Däremot raderar kylning dem inte.
Teknik och säkerhet
Resultaten av Sharonis arbete kommer att ha stor inverkan på ytterligare forskning, både experimentella och teoretiska, och enkelheten i den experimentella designen kommer att göra det möjligt för andra grupper som studerar relevanta system att utföra liknande mätningar med lätthet.
Minneseffektens multi-state natur, varigenom mer än en del av information kan samexistera i samma utrymme, skulle kunna utnyttjas för minnesteknik. Och även om raderad datordata inte är säker och kan återställas, åtminstone delvis, av duktiga hackare, egenskapen "radera-vid-läsning" i detta system skulle kunna ge ett ovärderligt bidrag till säkerhetsteknologier.
