Et squishy, lagdelt materiale, der dramatisk forvandles under pres, kan en dag hjælpe computere med at gemme flere data med mindre energi.
Det er ifølge en ny undersøgelse fra forskere ved Washington State University og University of North Carolina i Charlotte, der viser et hybrid zink-telluride-baseret materiale, der kan gennemgå overraskende strukturelle ændringer, når de presses sammen som en molekylær sandwich. Disse ændringer kunne gøre det til en stærk kandidat til faseændringshukommelse, en type ultrahurtig, langvarig datalagring, der fungerer anderledes end hukommelsen, der findes i dagens enheder og ikke har brug for en konstant strømkilde.
Forskningen blev muliggjort af et røntgendiffraktionssystem, der blev erhvervet i 2022. Dette specialiserede udstyr lader forskere observere små strukturelle ændringer i materialet, som de skete-alle fra WSU’s Pullman-campus. Normalt kræver disse slags eksperimenter tid på massive nationale faciliteter som den avancerede lyskilde på Berkeley National Laboratory i Californien.
“At være i stand til at udføre disse højtrykseksperimenter på campus gav os fleksibiliteten til virkelig AIP går videre. “Vi opdagede, at materialet ikke bare komprimerede – det ændrede faktisk sin interne struktur på en stor måde.”
Materialet, kaldet ß-znte (en) ₀.₅, består af skiftende lag zink-tellurid og et organisk molekyle kendt som ethylendiamin. McCluskey sammenligner sin struktur med en sandwich. ”Forestil dig lag af keramiske og plastik stablet igen og igen,” sagde han. “Når du lægger pres, kollapser de bløde dele mere end de stive.”
Ved hjælp af en Diamond Anvil-celle-en enhed, der kan anvende ekstremt tryk-og det nye røntgensystem, så forskere, at materialet gennemgik to faseovergange ved relativt lave tryk (2,1 og 3,3 gigapascals). I begge tilfælde ændrede strukturen sig dramatisk og krympet med op til 8%.
Julie Miller, en fysik Ph.D. Studerende ved WSU og undersøgelsens hovedforfatter forklarer, at en faseovergang er, når et materiale ændrer sin struktur på atomniveau – meget ligesom hvordan vand bliver til is eller damp.
I dette tilfælde skete ændringerne mellem to faste tilstande, hvor de samme atomer omarrangeres til en tættere konfiguration. Disse slags overgange kan dramatisk ændre et materiales fysiske egenskaber, herunder hvordan det leder elektricitet eller udsender lys.
Da forskellige strukturelle faser ofte har forskellige elektriske og optiske egenskaber, mener forskere, at de kunne bruges til at kode digital information – et princip bag faseændringshukommelse.
“De fleste materialer som dette har brug for enorme mængder pres for at ændre struktur, men denne begyndte at transformere ved en tiendedel af det tryk, vi normalt ser i Pure Zinc Telluride,” sagde Miller. “Det er det, der gør dette materiale så interessant – det viser store effekter ved meget lavere pres.”
Forskerne fandt også, at materialet opfører sig meget forskelligt afhængigt af hvilken retning det presses. Den retningsbestemte følsomhed kombineret med sin lagdelte struktur gør den mere indstillelig og åbner døren til yderligere anvendelser.
Foruden hukommelsen kunne materialet finde applikationer i fotonik, hvor lys i stedet for elektricitet bruges til at flytte og gemme information. Fordi materialet udsender ultraviolet lys, mistænker forskerne, at dens glød kan skifte afhængigt af dets fase – potentielt gør det nyttigt i fiberoptik eller optisk computing.
Mens det stadig er tidlige dage for ß-znte (en) ₀.₅ Som et potentielt kommercielt hukommelsesmateriale, markerer opdagelsen et stort skridt fremad.
”Vi er lige begyndt at forstå, hvad disse hybridmaterialer kan gøre,” sagde Miller. “Det faktum, at vi kunne observere disse ændringer med udstyr lige her på campus, gør det så meget mere spændende.”
Dernæst planlægger teamet at studere, hvordan materialet reagerer på temperaturændringer og udforske, hvad der sker, når både tryk og varme påføres – bygger et mere komplet kort over dets opførsel og muligheder.