Uma equipe de cientistas criou os pulsos eletromagnéticos mais poderosos do mundo na faixa de terahertz para controlar em detalhes como um material de armazenamento de dados muda de forma física. Esta descoberta pode contribuir para dispositivos de memória reduzidos, acabou revolucionando a forma como os computadores lidam com as informações.

Os discos compactos podem estar fora de moda, mas podem ter inspirado a próxima geração de nanotecnologia de computador. Uma camada de vidro nos CDs consiste em um material de mudança de fase que pode ser codificado com informações quando os pulsos de luz fazem com que os cristais em pequenas regiões da camada cresçam ou derretam.

Materiais de mudança de fase acionados por impulsos elétricos - em vez de luz - ofereceriam novas tecnologias de memória com operação mais estável e rápida do que a possível em muitos tipos atuais de dispositivos de memória. Além disso, reduzir a escala de sites de memória em materiais de mudança de fase pode aumentar a densidade da memória. Mas isso continua sendo um desafio devido à dificuldade de controlar os processos de cristalização e amorfização (fusão).

Abordando este problema em um artigo em Cartas de revisão física , uma equipe de cientistas liderada pela Universidade de Kyoto observou o crescimento em escala nanométrica de cristais individuais em um material de mudança de fase composto de germânio, antimônio e telúrio - ou GST - após a aplicação de pulsos de terahertz de alta potência como gatilho.

"Uma das razões pelas quais a cristalização e a amorfização de GST sob um campo elétrico são difíceis de controlar são os efeitos de difusão de calor na escala de micrômetro associados às entradas elétricas, que também contribuem para a cristalização, "explica o líder do grupo, Hideki Hirori." Felizmente, as tecnologias terahertz amadureceram a ponto de podermos usar pulsos curtos para gerar campos elétricos fortes, suprimindo os efeitos de aquecimento. "

Hirori e seus colegas de trabalho desenvolveram um gerador de pulsos de terahertz que emitia pulsos de terahertz ultracurtos e altamente intensos em um par de antenas de ouro. Esses pulsos criaram um campo elétrico na amostra GST comparável ao de um dispositivo eletricamente comutado. Mais importante, esta abordagem reduziu muito a difusão de calor por causa da duração extremamente curta dos pulsos de terahertz - cerca de 1 picossegundo, ou 10 ^-12 segundos - permitindo um controle preciso sobre a taxa e a direção da cristalização de GST. Uma região de cristalização cresceu em linha reta entre as antenas de ouro na direção do campo, a alguns nanômetros por pulso.

Quando a equipe rastreou mudanças graduais na cristalização enquanto aumentava o número de pulsos de terahertz, eles ficaram surpresos ao descobrir que, a partir de certo ponto, a condutividade do cristal aumentou rapidamente em vez de aumentar em linha com o aumento na força do terahertz. Os pesquisadores levantaram a hipótese de que elétrons pulando entre estados no cristal adicionaram uma fonte inesperada de calor ao sistema, aumentar a cristalização.

Hirori explica:"Nosso experimento revela como o crescimento em nanoescala e controlado por direção de cristais em GST pode ser alcançado. Também identificamos um fenômeno que deve auxiliar no design de novos dispositivos e, em última instância, perceber o potencial de manipulação de informação digital rápida e estável que esse material promessas."