Ett team av forskare har skapat världens mest kraftfulla elektromagnetiska pulser inom terahertz-området för att i detalj kontrollera hur ett datalagringsmaterial byter fysisk form. Denna upptäckt kan bidra till nedskalade minnesenheter, så småningom revolutionerar hur datorer hanterar information.

Kompaktskivor kan vara omoderna, men de kan ha inspirerat nästa generation av dator nanoteknik. Ett glasskikt i CD-skivor består av ett fasförändringsmaterial som kan kodas med information när ljuspulser gör att kristaller i små delar av skiktet antingen växer eller smälter.

Fasförändringsmaterial som utlöses av elektriska impulser-snarare än ljus-skulle erbjuda nya minnstekniker med mer stabil och snabbare drift än vad som är möjligt i många nuvarande typer av minnesenheter. Dessutom, nedskalning av minnesplatser i fasförändringsmaterial kan öka minnestätheten. Men detta är fortfarande utmanande på grund av svårigheten att kontrollera kristallisations- och amorfiseringsprocesser (smältning).

Åtgärda detta problem i en artikel i Fysiska granskningsbrev , ett team av forskare under ledning av Kyoto-universitetet observerade nanometerskalig tillväxt av enskilda kristaller i ett fasförändringsmaterial bestående av germanium, antimon och tellur-eller GST-efter applicering av kraftfulla terahertz-pulser som en utlösare.

"En anledning till att kristallisering och amorfisering av GST under ett elektriskt fält är svårt att kontrollera är värmediffusionseffekterna i mikrometerskalan som är associerade med elektriska ingångar, som också bidrar till kristalliseringen, "förklarar gruppledaren Hideki Hirori." Lyckligtvis terahertz -tekniken har mognat till den punkt där vi kan använda korta pulser för att generera starka elektriska fält samtidigt som värmeeffekter undertrycks. "

Hirori och hans medarbetare utvecklade en terahertz-pulsgenerator som levererade ultrakorta och mycket intensiva terahertz-pulser över ett par guldantenner. Dessa pulser skapade ett elektriskt fält i GST -provet jämförbart med det för en elektriskt kopplad enhet. Viktigt, detta tillvägagångssätt minskade kraftigt värmediffusionen på grund av den extremt korta varaktigheten av terahertz -pulser - cirka 1 pikosekund, eller 10 ^-12 sekunder - vilket möjliggör fin kontroll över hastigheten och riktningen för GST -kristallisation. Ett område med kristallisering växte i en rak linje mellan guldantennerna i fältets riktning, vid några nanometer per puls.

När laget spårade stegvisa förändringar i kristallisationen samtidigt som antalet terahertz -pulser ökade, de blev förvånade över att upptäcka att efter en viss tid, kristallkonduktivitet sprang snabbt upp istället för att stiga i linje med ökningen i terahertz -styrka. Forskarna antar att elektroner som hoppar mellan tillstånd i kristallen tillförde en oväntad värmekälla till systemet, öka kristallisationen.

Hirori förklarar:"Vårt experiment avslöjar hur nanoskala och riktningsstyrd tillväxt av kristaller i GST kan uppnås. Vi identifierade också ett fenomen som bör hjälpa till med design av nya enheter och i slutändan inse den snabba och stabila digitala informationshanteringspotential som detta material löften."