Пам'ять з фазовим переходом: дослідники знизили енергетичні витрати.

Пам'ять, що функціонує на основі фазових переходів, здатна зберігати величезні обсяги інформації, проте споживає значну кількість енергії. Дослідники виявили методи, які дозволяють зменшити це споживання.

Команда дослідників зі Сполучених Штатів зуміла розробити енергоефективну пам'ять на основі фазового переходу, що може суттєво трансформувати функціонування комп'ютерів, смартфонів та інших гаджетів, що використовують системи зберігання інформації. Про свої результати вчені повідомили в статті, що була опублікована в престижному науковому виданні Nature.

Пам'ять з фазовим переходом (ПФП) є інноваційною технологією, що експлуатує різні фазові стани матеріалів для зберігання інформації. При переході матеріалів з аморфного стану в кристалічний вони здатні виконувати функцію перемикача "включити/вимкнути", що нагадує двійкову (бінарну) систему, яка використовується для зберігання даних в наш час.

Хоча це може здатися ускладненим, проте ПФП можна застосовувати на смартфонах, комп'ютерах, ноутбуках та багатьох інших пристроях. Основною перешкодою є те, що фазовий перехід споживає значну кількість енергії, що ускладнює впровадження цієї технології в техніці з низьким споживанням потужності.

Співробітники Пенсільванського університету, Массачусетського технологічного інституту та Індійського інституту науки спільними зусиллями здійснили фазовий перехід селеніду індію, використовуючи одну мільярдну частину енергії, яка була потрібна для роботи з таким матеріалом раніше. На думку вчених, це може спричинити революцію в зберіганні даних, зокрема в популярних гаджетах.

В аморфній стадії атоми речовини розміщені без чіткої упорядкованості. Перехід матеріалу в цю аморфну форму називається аморфізацією. Зазвичай цей процес здійснюється шляхом нагрівання матеріалу до рідкого стану, а потім його швидкого охолодження, що перешкоджає утворенню кристалів.

Метод аморфізації за допомогою загартування розплаву є енергомістким, але десять років тому дослідницька група під керівництвом Рітеша Агарвала з Університету Пенсільванії виявила, що електричні імпульси також можуть досягати того самого результату в сплавах германію, сурми і телуру.

Команда продовжила роботу в цьому напрямку і вирішила використовувати напівпровідниковий матеріал селенід індію. Він здатний спонтанно поляризуватися і генерувати електричний струм у відповідь на механічну напругу завдяки п'єзоелектричній природі, швидко деформуючись.

Досліджуючи ці явища за допомогою спеціалізованого мікроскопа, вчені виявили, що вони мають спільні риси, які нагадують як землетруси, так і снігові лавини. Коли електричний струм проходить через матеріал, мікроскопічні області, розміром у одну мільярдну частину метра, починають демонструвати амортизацію. П'єзоелектричні характеристики матеріалу в поєднанні з його шаруватою структурою сприяють переміщенню частинок In2Se3 у нестійкі позиції, що нагадує зсув снігу на схилі гори.

У критичній точці рух призводить до поширення деформацій, і коли деформовані області стикаються, в матеріалі генеруються звукові хвилі. Звукові хвилі діють як сейсмічні, що переміщують землю під час землетрусу, що призводить до ще більшої деформації і створення нових аморфних областей, подібно до лавини.

"Просто мурашки по шкірі біжать, коли бачиш, як усі ці явища взаємодіють на різних масштабах довжини одночасно", -- сказав Шубхам Парате, докторант Індійського інституту, у пресрелізі, опублікованому на порталі EurekAlert.

Раніше писали, що новий матеріал підвищить продуктивність сонячних панелей. Пристрій із селеніду індію показав високу ефективність перетворення сонячного світла в електрику.