مستقیماً از شیشه به کریستال: سوئیچ مواد تغییر فاز بدون ورود به فاز مایع

[تصویر بالا] در داخل DVD چیست؟مواد تغییر فاز حافظه ، که به سرعت بین فازهای شیشه ای و کریستالی (بالا سمت راست) جابجا می شوند تا داده ها را روی دیسک ذخیره کنند. پایین سمت راست نقاط متبلور را روی یک فیلم آمورف مانند DVD نشان می دهد. اعتبار: پیر لوکاس

بهترین راه برای ذخیره داده ها چیست؟

اگر به دنبال ذخیره سازی بایگانی هستید ، نوار مغناطیسی انتخاب بسیار خوبی است. اما اگر به دنبال دستگاهی هستید که محاسبات سریع را ارائه می دهد ، دستگاه های مبتنی بر مواد تغییر فاز حافظه (PCM) ممکن است ماده مورد نظر شما باشند.

PCM های حافظه موادی هستند که داده ها را با جابجایی سریع بین یک فاز شیشه ای و یک فاز کریستال ذخیره می کنند. در یک ایمیل ، پیر لوکاس ، عضو Acers ، استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه آریزونا ، این روند را توضیح می دهد.

وی می گوید: "[PCMS] ویژگی منحصر به فرد توانایی آنها برای جابجایی از شیشه به کریستال به رمزگذاری 0 و 1 (اطلاعات دیجیتال) در رایانه و DVD شما است.""خاطرات نوری با جابجایی بین بیت شیشه بازتاب کم (0) و بیت کریستال بازتابی بالا (1) کار می کند ، در حالی که خاطرات رایانه ای با جابجایی بین بیت شیشه ای هدایت کم (0) و بیت کریستال هدایت بالا (1) کار می کنند."

در مقایسه با حافظه دسترسی تصادفی دینامیکی معمولی (DRAM) بر اساس خازن ها ، که برای حفظ حافظه به جریان الکتریکی مداوم نیاز دارند ، حافظه PCM اغلب "حافظه غیر ولتاژ" نامیده می شود زیرا با خاموش شدن برق ، دائمی است. علاوه بر این ، PCM ها بسیار سریع هستند و می توانند در چند نانو ثانیه برای محاسبات سریع تغییر کنند.

استفاده از PCM برای ذخیره سازی داده ها مفهوم جدیدی نیست. ما در سال 2011 در مورد چنین استفاده ای نوشتیم ، و حتی پس از آن PCM های حافظه برای سالها در برنامه های کاربردی خواندن نوری (مانند DVD و دیسک های پرتوی آبی) از نظر تجاری استفاده می کردند و در سیستم های حافظه الکترونیکی (مانند تلفن های همراه) نوید را نشان می دادند.

تمام PCM های حافظه تجاری از کلکوژنیدهای آنتیموان ژرمونیوم (GE-SB-TE) یا آنتیموان دوپ شده (SB-TE) ساخته شده اند.

از سال 1997 ، دی وی دی ها نقش مهمی در سرگرمی های خانگی داشته اند. درک بهتر PCM های حافظه می تواند فناوری را حتی بیشتر بهبود بخشد. اعتبار: pxhere

کلکوژنیدها کاندیداهای ایده آل برای ذخیره اطلاعات هستند زیرا آنها دارند

1. کنتراست زیاد در هدایت و بازتاب بین مراحل کریستالی و شیشه ای ،
2. تحول سریع و برگشت پذیر بین این دو مرحله در دمای بالا و
3. پایداری فاز شیشه ای در نزدیکی دمای اتاق (که حفظ داده ها را تضمین می کند).

با این حال ، مانعی برای استفاده از Chalcogenide GE وجود دارد₂Sb₂Te₅برای ذخیره سازی داده ها

برای کنترل سوئیچ بین فازهای شیشه ای و کریستالی ، باید دمای انتقال شیشه را بدانید (t_g) ، یا دمایی که در زیر اتمهای یک انتقال مایع زیرپوش به حالت شیشه ای (به طور موقت بدون تبلور یخ می زند). هنوز GE₂Sb₂Te₅یک t کاملاً تعریف شده را نشان نمی دهد_g.

عدم وجود یک تعریف شده_gساختن₂Sb₂Te₅منجر به تفسیرهای متناقض در مورد دولت - مایع شیشه ای یا زیر بغل (UCL) شده است - از این که این ماده متبلور می شود.

محققان در مقاله ای با دسترسی آزاد می نویسند: "شواهد تجربی بدون ابهام برای هر دو امکان در حال حاضر از دست رفته است زیرا اندازه گیری های جنبشی به تنهایی امکان توصیف واضح از انتقال شیشه را ندارند."

محققان ، از جمله لوکاس و دیگران از گروه استاد ماتیاس وتیگ در دانشگاه RWTH Aachen در آلمان ، به دنبال توصیف امضاهای ترمودینامیکی و جنبشی انتقال به صورت واضح و روشن ماهیت انتقال فاز بودند.

برای توصیف هر دو امضاهای حرارتی و جنبشی ، محققان طیف گسترده ای از نرخ گرمایش را با استفاده از ترکیبی از کالری سنجی اسکن دیفرانسیل معمولی و فوق العاده (DSC و FDSC) به دست آوردند. آنها این اطلاعات را با شبیه سازی های عددی تبلور ترکیب کردند تا تعیین کنند که از آن ، جریانگذاری شیشه ای یا UCL - چه چیزی انجام می شود.

آنها GE را پیدا کردند₂Sb₂Te₅از فاز شیشه ای زیر نرخ گرمایش 10،000 کیلوگرم در ثانیه متبلور می شود. بین 10 4 تا 10 K/s ، آنها شاهد انتقال از شیشه مانند به UCL مانند وابستگی به دمای تبلور بودند. بیش از 100000 کیلوگرم در ثانیه ، آنها مشخص کردند که تبلور کاملاً از حالت UCL رخ می دهد.

لوکاس می گوید یافته های آنها تعجب آور است. لوکاس می گوید: "به طور معمول برای مشاهده تبلور باید درجه حرارت بالای انتقال شیشه را در حالت مایع بالا ببرید.""در مورد مواد تغییر فاز GE₂Sb₂Te₅، ما دریافتیم که شیشه آنقدر ناپایدار است که می تواند دچار تبلور سریع شود ... [وقتی] هنوز از نظر فنی جامد است. این بسیار غیرمعمول و غیر منتظره از یک لیوان است. "