Een team van wetenschappers heeft 's werelds krachtigste elektromagnetische pulsen in het terahertz-bereik gecreëerd om tot in detail te controleren hoe een gegevensopslagmateriaal van fysieke vorm verandert. Deze ontdekking kan bijdragen aan verkleinde geheugenapparaten, uiteindelijk een revolutie teweegbrengen in de manier waarop computers met informatie omgaan.

Compact discs zijn misschien uit de mode, maar ze hebben misschien de volgende generatie computernanotechnologie geïnspireerd. Een glaslaag in cd's bestaat uit een faseovergangsmateriaal dat kan worden gecodeerd met informatie wanneer lichtpulsen ervoor zorgen dat kristallen in kleine delen van de laag groeien of smelten.

Faseovergangsmaterialen die worden geactiveerd door elektrische impulsen - in plaats van licht - zouden nieuwe geheugentechnologieën bieden met een stabielere en snellere werking dan mogelijk is in veel huidige soorten geheugenapparaten. In aanvulling, het verkleinen van geheugensites in materialen met faseverandering zou de geheugendichtheid kunnen vergroten. Maar dit blijft een uitdaging vanwege de moeilijkheid om de kristallisatie- en amorfisatie (smelt) processen te beheersen.

Dit probleem aanpakken in een artikel in Fysieke beoordelingsbrieven , een team van wetenschappers onder leiding van de Universiteit van Kyoto observeerde de groei op nanometerschaal van individuele kristallen in een faseovergangsmateriaal bestaande uit germanium, antimoon en tellurium - of GST - na het toepassen van krachtige terahertz-pulsen als trigger.

"Een van de redenen waarom kristallisatie en amorfisatie van GST onder een elektrisch veld moeilijk te beheersen zijn, zijn de warmtediffusie-effecten op de micrometerschaal die verband houden met elektrische inputs, die ook bijdragen aan de kristallisatie, " legt groepsleider Hideki Hirori uit. "Gelukkig terahertz-technologieën zijn zo gerijpt dat we korte pulsen kunnen gebruiken om sterke elektrische velden op te wekken terwijl de verwarmingseffecten worden onderdrukt."

Hirori en zijn collega's ontwikkelden een terahertz-pulsgenerator die ultrakorte en zeer intense terahertz-pulsen afleverde over een paar gouden antennes. Deze pulsen creëerden een elektrisch veld in het GST-monster dat vergelijkbaar is met dat van een elektrisch geschakeld apparaat. belangrijk, deze benadering verminderde de warmtediffusie aanzienlijk vanwege de extreem korte duur van terahertz-pulsen - ongeveer 1 picoseconde, of 10 ^-12 seconden - waardoor fijne controle over de snelheid en richting van GST-kristallisatie mogelijk is. Een gebied van kristallisatie groeide in een rechte lijn tussen de gouden antennes in de richting van het veld, met enkele nanometers per puls.

Toen het team stapsgewijze veranderingen in kristallisatie volgde terwijl het aantal terahertz-pulsen toenam, ze waren verrast om te ontdekken dat na een bepaald punt, kristalgeleidbaarheid versnelde snel in plaats van te stijgen in lijn met de toename van terahertz-sterkte. De onderzoekers veronderstellen dat elektronen die tussen toestanden in het kristal springen een onverwachte warmtebron aan het systeem toevoegden, kristallisatie stimuleren.

Hirori legt uit:"Ons experiment laat zien hoe kristallen in GST op nanoschaal en richting gecontroleerd kunnen groeien. We hebben ook een fenomeen geïdentificeerd dat zou moeten helpen bij het ontwerpen van nieuwe apparaten en uiteindelijk tot het realiseren van het snelle en stabiele digitale informatieverwerkingspotentieel dat dit materiaal biedt. belooft."