NUST MISIS-forskare har upptäckt hur det latenta tillståndsbildningen i skiktad tantaldisulfid utvecklas. Upptäckten har framtida applikationer i datorns minne.

Professor Petr Karpov och Serguei Brazovskii, båda forskarna vid NUST MISIS, har utvecklat en teori som förklarar mekanismen för det latenta tillståndsbildningen i skiktad tantaldisulfid, ett av de mest lovande materialen för modern mikroelektronik. Materiens latenta tillstånd upptäcktes av Serguei Brazovskii med en grupp försöksledare från Slovenien 2014. I det experimentet, provet av tantaldisulfid, som var mindre än 100 nanometer, belystes av en ultrakort laser. Via pulser i det bestrålade området, provet kunde bytas till en ledare för dielektrikum och tillbaka till sitt ursprungliga tillstånd. Bytet skedde på bara en pikosekund - en mycket snabbare takt än i de "snabbaste" materialen som används som lagringsmedier i moderna datorer. Det tillståndet kvarstod efter exponeringen. Följaktligen, materialet har blivit en potentiell kandidat för basen för nästa generations informationsdatamedier.

Professor Petr Karpov, ingenjör vid NUST MISIS-avdelningen för teoretisk fysik och kvantteknologi, sa "Bomgången i studien av skiktad tantaldisulfid inträffade efter att våra kollegor från Slovenien upptäckte det latenta tillståndet, ouppnåeliga i konventionella (termodynamiska) fasövergångar. Dock, de flesta av dessa verk var experimentella, och teorin släpade efter. Vilka var mekanismerna för bildandet av latent tillstånd? Dess natur förblev oklart. Varför återgår inte systemet till sitt ursprungliga tillstånd, fortsätta att förbli i modifierad form på obestämd tid? I den här artikeln, vi försökte hitta den teoretiska motiveringen av de inträffade processerna."

Tantaldisulfid tillhör en särskild grupp ledarmaterial i vilka så kallade laddningstäthetsvågor bildas. Detta betyder att förutom de naturliga topparna av elektrontäthet som orsakas av närvaron av en atom, det finns också en annan periodicitet som är flera gånger större än avståndet mellan de intilliggande atomerna i kristallgitteret. I detta fall, graden av den periodiciteten är roten till 13, så det är ganska stor skillnad.

Bild A visar ett lager av tantalatomer. Perioden mellan "supertopparna" är markerad med en röd pil. Tillståndet för platserna i tantaldisulfidskiktet skiljer sig från varandra i det faktum att den maximala elektrondensiteten är centrerad på tantalatomer. De röda visar ett tillstånd, medan de blå och vita visar andra tillstånd.

NUST MISIS-forskarnas arbete bestod av att konstruera och studera en universell teoretisk modell som skulle kunna beskriva den nyligen upptäckta statens viktigaste egenskap-bildandet och transformationen av nanostrukturella mosaiker (bild b). Några av metallatomerna flyger ut ur gittret efter bearbetning av elektriska impulser i provet av skiktad tantaldisulfid, och det orsakar defekter – laddade lediga platser i den elektroniska kristallen.

Dock, istället för att hålla ett maximalt avstånd från varandra, laddningarna är utsmetade längs de linjära kedjorna av tantalatomer, bildar gränser för zoner med olika tillstånd av tantalatomer. Dessa domäner kedjar sedan i huvudsak samman, ansluten till ett globalt nätverk. Att manipulera dessa nanoset är anledningen till växlings- och minneseffekterna som observeras i materialet.

"Vi försökte ta reda på varför liknande laddningar i en sådan struktur inte stöter bort, men, faktiskt, attraheras av varandra. Det visade sig att denna process är energetiskt mer lönsam än det maximala avlägsnandet av positiva laddningar från varandra eftersom bildandet av fraktionerad laddade domänväggar minimerar laddningen av den ingående väggen av atomer, vilket är anledningen till att domänsystemet blir mer stabilt. Detta bekräftas helt av experimentet, och hela kristallen kan tas till ett sådant tillstånd med en domänmosaik och kulor som delar väggarna, "tillade Petr Karpov.

Tack vare utvecklingen av denna teori, det är möjligt att bekräfta att domäntillståndet för tantaldisulfid kan användas för långtidslagring och supersnabb drift av information. En artikel med forskningsresultaten publicerades i Vetenskapliga rapporter .