الجيل التالي من تكنولوجيا الذاكرة – مواد جديدة تبشر بالخير

يمتلك باحثو جامعة توهوكو ذاكرة تغيير طورية متقدمة باستخدام الاخرق لإنشاء تيلوريد النيوبيوم (NbTe4)، وهي مادة ذات قدرات تخزينية وحرارة فائقة.

ذاكرة تغيير الطور هي نوع من الذاكرة غير المتطايرة التي تستخدم قدرة المواد المتغيرة الطور (PCM) على الانتقال بين الحالة غير المتبلورة، حيث تتناثر الذرات، والحالة البلورية، حيث تكون الذرات متقاربة بشكل وثيق. ينتج عن هذا التغيير خاصية كهربائية عكسية يمكن تصميمها لتخزين البيانات واسترجاعها.

في حين أن هذا المجال لا يزال في مراحله الأولى، فمن المحتمل أن تُحدث ذاكرة تغيير الطور ثورة في تخزين البيانات بسبب كثافة التخزين العالية وقدرات القراءة والكتابة الأسرع. ولكن لا تزال آلية التبديل المعقدة وطرق التصنيع المعقدة المرتبطة بهذه المواد تشكل تحديات أمام الإنتاج الضخم.

مقارنة بين قيم Tc (درجة حرارة التبلور) وTm (نقطة الانصهار) للعديد من مركبات الكالكوجينيدات ثنائية الأبعاد TM؛ تم تحديد قيم Tc وTm لـ NbTe4 من خلال درجة حرارة بداية التبلور وقمم الانصهار في هذه الدراسة. الائتمان: يي شوانغ وآخرون.

في السنوات الأخيرة ، ظهرت ثنائي كالكوجينيدات المعادن الانتقالية ثنائية الأبعاد (2D) Van Der Waals (vdW) باعتبارها PCM واعدة للاستخدام في ذاكرة تغيير الطور. الآن، سلطت مجموعة من الباحثين من جامعة توهوكو الضوء على الاستخدام المحتمل للرش لتصنيع مساحة كبيرة ثنائية الأبعاد من رباعي كالكوجينيدات vdW. وباستخدام هذه التقنية، قاموا بتصنيع وتحديد مادة واعدة بشكل استثنائي، وهي تيلوريد النيوبيوم (NbTe₄) ・ يُظهر نقطة انصهار منخفضة للغاية تبلغ حوالي 447 درجة مئوية (درجة حرارة البداية)، مما يميزه عن أجهزة TMD الأخرى.

يوضح يي شوانغ، الأستاذ المساعد في المعهد المتقدم لأبحاث المواد بجامعة توهوكو والمؤلف المشارك للورقة البحثية: “إن الرش هو أسلوب مستخدم على نطاق واسع يتضمن ترسيب أفلام رقيقة من مادة ما على الركيزة، مما يتيح التحكم الدقيق في سمك الفيلم وتكوينه”. . “لدينا NbTe المودعة₄ كانت الأفلام في البداية غير متبلورة، ولكن يمكن تبلورها إلى مرحلة بلورية ثنائية الأبعاد عن طريق التلدين عند درجات حرارة أعلى من 272 درجة مئوية.

حيود الإلكترون المختار وصورة TEM المقطعية للأغشية الرقيقة NbTe4 المودعة و350 درجة مئوية. الائتمان: يي شوانغ وآخرون.

على عكس PCMs البلورية غير المتبلورة التقليدية، مثل Ge₂بينالي الشارقة₂تي₅ (ضريبة السلع والخدمات)، NbTe₄ يوضح كلاً من نقطة انصهار منخفضة ودرجة حرارة تبلور عالية. يوفر هذا المزيج الفريد طاقات إعادة ضبط منخفضة وثباتًا حراريًا محسنًا في المرحلة غير المتبلورة.

بعد افتعال NbTe₄s، قام الباحثون بعد ذلك بتقييم أداء التحويل. لقد أظهر انخفاضًا كبيرًا في طاقة التشغيل مقارنة بمركبات ذاكرة تغيير الطور التقليدية. تم العثور على درجة حرارة الاحتفاظ بالبيانات المقدرة لمدة 10 سنوات تصل إلى 135 درجة مئوية – أفضل من 85 درجة مئوية وفقًا لضريبة السلع والخدمات – مما يشير إلى استقرار حراري ممتاز وإمكانية NbTe₄ يتم استخدامها في البيئات ذات درجات الحرارة العالية مثل صناعة السيارات. بالإضافة إلى ذلك، NbTe₄ أظهر سرعة تبديل سريعة تبلغ حوالي 30 نانو ثانية، مما يسلط الضوء بشكل أكبر على إمكاناته كذاكرة تغيير مرحلة الجيل التالي.

ويضيف شوانغ: “لقد فتحنا إمكانيات جديدة لتطوير ذكريات تغيير الطور عالية الأداء”. “مع NbTe₄نقطة انصهار منخفضة، ودرجة حرارة تبلور عالية، وأداء تحويل ممتاز، يتم وضعها باعتبارها المادة المثالية لمعالجة بعض التحديات الحالية التي تواجهها PCMs الحالية.

المرجع: “NbTe₄ مادة تغيير الطور: كسر توازن درجة حرارة تغير الطور في ثنائي كالكوجينيد ثنائي المعدن الانتقالي لفان دير فالس” بقلم يي شوانغ، تشيان تشن، ميهيون كيم، ينلي وانغ، يوتا سايتو، شوغو هاتاياما، بول فونز، دايسوكي أندو، موموجي كوبو ويوجي سوتو، 20 يونيو 2023، مواد متطورة.
دوى: 10.1002/adma.202303646