p DVDs e discos Blu-ray contêm os chamados materiais de mudança de fase que se transformam de um estado atômico para outro após serem atingidos por pulsos de luz laser, com dados "registrados" nesses dois estados atômicos. Usando pulsos de laser ultrarrápidos que aceleram o processo de gravação de dados, Os pesquisadores da Caltech adotaram uma nova técnica, cristalografia de elétrons ultra-rápida (UEC), visualizar diretamente em quatro dimensões as mudanças nas configurações atômicas dos materiais que passam pelas mudanças de fase. Ao fazer isso, eles descobriram um estado atômico intermediário até então desconhecido - um que pode representar um limite inevitável para as velocidades de gravação de dados. p Ao lançar luz sobre os processos físicos fundamentais envolvidos no armazenamento de dados, o trabalho pode levar a melhor, sistemas de memória de computador mais rápidos com maior capacidade de armazenamento. A pesquisa, feito no laboratório de Ahmed Zewail, Linus Pauling Professor de Química e professor de Física, será publicado na edição impressa de 28 de julho da revista ACS Nano .

p Quando a luz laser interage com um material de mudança de fase, sua estrutura atômica muda de um arranjo cristalino ordenado para um mais desordenado, ou amorfo, configuração. Esses dois estados representam 0s e 1s de dados digitais.

p "Hoje, lasers de nanossegundos - lasers que pulsam luz a um bilionésimo de segundo - são usados ​​para gravar informações em DVDs e discos Blu-ray, conduzindo o material de um estado para outro, "explica Giovanni Vanacore, um pós-doutorado e um autor do estudo. A velocidade com que os dados podem ser gravados é determinada pela velocidade do laser, ou seja, pela duração de cada "pulso" de luz - e pela rapidez com que o próprio material pode mudar de um estado para o outro.

p Assim, com um laser de nanossegundos, "o mais rápido que você pode registrar informações é uma unidade de informação, um 0 ou 1, a cada nanossegundo, "diz Jianbo Hu, um pós-doutorado e o primeiro autor do artigo. "Para ir ainda mais rápido, pessoas começaram a usar lasers de femtosegundo, que pode potencialmente registrar uma unidade a cada milionésimo de bilionésimo de segundo. Queríamos saber o que realmente acontece com o material nessa velocidade e se há um limite para a rapidez com que você pode ir de uma fase estrutural para outra. "

p Para estudar isso, os pesquisadores usaram sua técnica, cristalografia de elétrons ultrarrápida. A tecnica, um novo desenvolvimento - diferente do trabalho vencedor do Prêmio Nobel de Zewail em femtoquímica, o estudo visual de processos químicos que ocorrem em escalas de femtossegundos - permitiu aos pesquisadores observar diretamente a configuração atômica em transição de um material de mudança de fase prototípico, telureto de germânio (GeTe), quando é atingido por um pulso de laser de femtossegundo.

p Na UEC, uma amostra de GeTe cristalino é bombardeada com um pulso de laser de femtosegundo, seguido por um pulso de elétrons. O pulso de laser faz com que a estrutura atômica mude de cristalina para outras estruturas, e então finalmente para o estado amorfo. Então, quando o pulso de elétron atinge a amostra, seus elétrons se espalham em um padrão que fornece uma imagem da configuração atômica da amostra em função do tempo.

p Com esta técnica, os pesquisadores puderam ver diretamente, pela primeira vez, a mudança estrutural em GeTe causada pelos pulsos de laser. Contudo, eles também viram algo mais:uma fase intermediária até então desconhecida que aparece durante a transição da configuração cristalina para a amorfa. Como passar pela fase intermediária leva mais tempo, os pesquisadores acreditam que representa um limite físico para a rapidez com que a transição geral pode ocorrer - e para a rapidez com que os dados podem ser registrados, independentemente das velocidades do laser usadas.

p "Mesmo se houver um laser mais rápido do que um laser de femtossegundo, haverá um limite de quão rápido essa transição pode ocorrer e as informações podem ser registradas, apenas por causa da física desses materiais de mudança de fase, Vanacore diz. "É algo que não pode ser resolvido tecnologicamente - é fundamental."

p Apesar de revelar tais limites, a pesquisa pode um dia ajudar no desenvolvimento de um melhor armazenamento de dados para computadores, dizem os pesquisadores. Agora mesmo, computadores geralmente armazenam informações de várias maneiras, entre elas, a conhecida memória de acesso aleatório (RAM) e a memória somente leitura (ROM). RAM, que é usado para executar os programas em seu computador, pode registrar e reescrever informações muito rapidamente por meio de uma corrente elétrica. Contudo, as informações são perdidas sempre que o computador é desligado. Armazenamento ROM, incluindo CDs e DVDs, usa materiais de mudança de fase e lasers para armazenar informações. Embora a ROM registre e leia os dados mais lentamente, as informações podem ser armazenadas por décadas.

p Encontrar maneiras de acelerar o processo de registro de materiais de mudança de fase e entender os limites dessa velocidade pode levar a um novo tipo de memória que aproveita o melhor dos dois mundos.

p Os pesquisadores dizem que o próximo passo será usar UEC para estudar a transição da estrutura atômica amorfa do GeTe de volta à fase cristalina - comparável ao fenômeno que ocorre quando você apaga e reescreve um DVD.

p Embora esses aplicativos possam significar mudanças interessantes para as tecnologias de computador futuras, este trabalho também é muito importante de um ponto de vista fundamental, Zewail diz.

p "Entender o comportamento fundamental da transformação de materiais é o que buscamos, e essas novas técnicas desenvolvidas no Caltech tornaram possível visualizar tal comportamento no espaço e no tempo, "Zewail diz.