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Anwenden von Bohnen PCM und Optical Data Storage Technologies

Published on September 16, 2010 at 8:57 PM

Die Fähigkeit von Phase-Change-Materialien, um leicht und schnell Übergang zwischen verschiedenen Phasen hat sie wertvoll wie ein Low-Power-Quelle für nicht-flüchtige oder "Flash"-Speicher und Datenspeicherung.

Jetzt eine neue Klasse von Phase-Change-Materialien wurde von Forschern mit der entdeckt worden Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) und der University of California (UC) Berkeley, die angewendet auf Phase Change Random Access Memory könnte (PCM)-Technologien und möglicherweise optische Datenspeicherung sowie. Die neue Phase-Change-Materialien - Nanokristall-Legierungen aus einem Metall und Halbleiter - genannt "Bohnen", für die binäre eutektische-Legierung Nanostrukturen.

Dieses Schema zeigt Enthalpie Kurven für die flüssigen, kristallinen und amorphen Phasen einer neuen Klasse von Nanomaterialien als "Bohnen" für binäre eutektische-Legierung Nanostrukturen skizziert. (Bild mit freundlicher Genehmigung von Daryl Chrzan)

"Phase Änderungen in Bohnen, Schalten sie von kristallin zu amorph und zurück zum kristallinen Zustand, in einer Angelegenheit von Nanosekunden durch elektrischen Strom, Laser-Licht oder eine Kombination aus beiden hervorgerufen werden kann", sagt Daryl Chrzan, ein Physiker, der gemeinsame Berufungen hält mit Berkeley Lab Materials Sciences Division und der UC Berkeley Department of Materials Science and Engineering. "Arbeiten mit Germanium Zinn-Nanopartikel eingebettet in Kieselsäure als unseren ersten BOHNEN, konnten wir sowohl die festen und amorphen Phasen zu stabilisieren und konnte die Kinetik der Wechsel zwischen den beiden einfach durch Veränderung der Zusammensetzung einzustellen."

Chrzan ist der jeweilige Autor auf eine Veröffentlichung über die Ergebnisse dieser Forschung, die in der Zeitschrift NanoLetters Titel veröffentlicht wurde "Embedded binäre eutektische Legierung Nanostrukturen:. Eine neue Klasse von Phase Change Materials"

Co-Authoring das Papier mit Chrzan wurden Swanee Shin, Julian Guzman, Chun-Wei Yuan, Christopher Liao, Cosima Boswell-Koller, Peter Stone, Oscar Dubon, Andrew Minor, Masashi Watanabe, Jeffrey Beeman, Kin Yu, Joel Ager und Eugene Haller .

"Was wir gezeigt haben, ist, dass binäre eutektische Legierung Nanostrukturen wie Quantenpunkten und Nanodrähten, kann als Phase Change Materials dienen", sagt Chrzan. "Der Schlüssel, um das Verhalten beobachteten wir die Einbettung von Nanostrukturen in einer Matrix von nanoskaligen Bände. Das Vorhandensein dieser Nanostruktur / Matrix-Grenzfläche ermöglicht eine schnelle Abkühlung, dass die amorphe Phase stabilisiert und ermöglicht uns auch die Phase-Change-Materials Umwandlungskinetik Melodie. "

Eine eutektische Legierung ist ein metallisches Material, das bei möglichst niedriger Temperatur schmilzt für seine Mischung aus Bestandteilen. Das Germanium Zinnverbindung ist eine eutektische Legierung, die von den Ermittlern als prototypische Phase-Change-Material angesehen wurde, weil es bei Raumtemperatur entweder in einer stabilen kristallinen Zustand oder eine metastabile amorphe Zustand existieren kann. Chrzan und seine Kollegen fanden, dass, wenn Germanium Zinn-Nanokristalle innerhalb amorpher Kieselsäure eingebettet waren die Nanokristallen bilobed Nanostruktur, dass die Hälfte kristallinen metallischen und halb kristalline Halbleiter gebildet wurde.

"Eine schnelle Abkühlung nach gepulster Laser Melting stabilisiert einem metastabilen, amorphen, kompositorisch Mischphase Zustand bei Raumtemperatur, während moderate Erwärmung durch langsamere Abkühlung kehrt die Nanokristalle auf ihre ursprünglichen bilobed kristallinen Zustand gefolgt", sagt Chrzan. "Die Kieselsäure wirkt wie ein kleines und sehr sauber Reagenzglas, dass Grenzen der Nanostrukturen, so dass die Eigenschaften der BEAN / Silica-Schnittstelle in der Lage, die einzigartige Phase-Change-Eigenschaften bestimmen sind."

Während sie noch nicht direkt die elektronischen Transporteigenschaften der bilobed und amorphe BEAN Strukturen geprägt, aus Studien an verwandten Systemen Chrzan und seine Kollegen erwarten, dass der Transport sowie die optischen Eigenschaften dieser beiden Strukturen werden wesentlich andere, und dass diese Differenz werden abstimmbare durch Komposition Veränderungen.

"In den amorphen Zustand legiert, wir der Bohne bis normal, metallische Leitfähigkeit Display erwarten", sagt Chrzan. "In der bilobed Zustand, wird der BEAN einen oder mehrere Schottky-Barrieren, die gemacht als eine Diode funktionieren kann. Für die Zwecke der Datenspeicherung könnte die metallische Leitung bedeuten eine Null und eine Schottky-Barriere könnte eine zu bedeuten. "

Chrzan und seine Kollegen untersuchen nun, ob Bohnen können wiederholte Phasen-Änderungen zu erhalten, und ob die Hin-und Herschalten zwischen den bilobed und amorphe Strukturen lassen sich in einem Draht-Geometrie eingebaut werden. Sie wollen auch den Fluss der Energie in das System-Modell und verwenden Sie dann diese Modellierung auf maßgeschneiderte Licht / Stromimpulse für optimale Phase-Change-Eigenschaften.

Die in-situ Transmissionselektronenmikroskopie Charakterisierungen der BEAN Strukturen wurden bei National Center Berkeley Lab for Electron Microscopy, einer der weltweit führenden Zentren für Elektronenmikroskopie und Mikro-Charakterisierung durchgeführt.

Last Update: 6. October 2011 01:01

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