Os cientistas do NUST MISIS descobriram como se desenvolve a formação do estado latente no dissulfeto de tântalo em camadas. A descoberta tem aplicações futuras na memória do computador.

Professor Petr Karpov e Serguei Brazovskii, ambos pesquisadores da NUST MISIS, desenvolveram uma teoria que explica o mecanismo de formação do estado latente em dissulfeto de tântalo em camadas, um dos materiais mais promissores para a microeletrônica moderna. O estado latente da matéria foi descoberto por Serguei Brazovskii com um grupo de experimentadores da Eslovênia em 2014. Nesse experimento, a amostra de dissulfeto de tântalo, que era inferior a 100 nanômetros, foi iluminado por um laser ultracurto. Via pulsos na área irradiada, a amostra pode ser comutada para um condutor de dielétricos e de volta ao seu estado original. A troca ocorreu em apenas um picossegundo - uma taxa muito mais rápida do que nos materiais "mais rápidos" usados ​​como meios de armazenamento em computadores modernos. Essa condição persistiu após a exposição. De acordo, o material tornou-se um candidato potencial para a base da próxima geração de meios de dados de informação.

Professor Petr Karpov, engenheiro do Departamento de Física Teórica e Tecnologias Quânticas da NUST MISIS, disse "O boom no estudo de dissulfeto de tântalo em camadas aconteceu depois que nossos colegas da Eslovênia descobriram o estado latente, inatingível em transições de fase convencionais (termodinâmicas). Contudo, a maioria desses trabalhos era experimental, e a teoria ficou para trás. Quais foram os mecanismos de formação do estado latente? Sua natureza permaneceu obscura. Por que o sistema não retorna ao seu estado original, continuar a permanecer na forma modificada indefinidamente? Neste artigo, tentamos encontrar a justificativa teórica dos processos que ocorrem. "

O dissulfeto de tântalo pertence a um grupo especial de materiais condutores nos quais se formam as chamadas ondas de densidade de carga. Isso significa que, além dos picos naturais de densidade de elétrons causados ​​pela presença de um átomo, há também outra periodicidade que é várias vezes maior do que a distância entre os átomos adjacentes da rede cristalina. Nesse caso, o grau dessa periodicidade é a raiz de 13, então há uma grande diferença.

A figura A mostra uma camada de átomos de tântalo. O período entre os "superpicos" é marcado com uma seta vermelha. O estado dos sítios na camada de dissulfeto de tântalo diferem uns dos outros no fato de que a densidade máxima de elétrons está centrada nos átomos de tântalo. Os vermelhos mostram um estado, enquanto os azuis e brancos mostram outros estados.

O trabalho dos cientistas do NUST MISIS consistia em construir e estudar um modelo teórico universal que pudesse descrever a propriedade mais importante do estado recém-descoberto - a formação e transformação de mosaicos nanoestruturais (foto b). Alguns dos átomos de metal voam para fora da rede após o processamento de impulsos elétricos na amostra de dissulfeto de tântalo em camadas, e isso causa defeitos - vagas carregadas no cristal eletrônico.

Contudo, em vez de manter uma distância máxima um do outro, as cargas são espalhadas ao longo das cadeias lineares de átomos de tântalo, formando limites de zonas com diferentes estados de átomos de tântalo. Esses domínios, então, essencialmente se encadeiam, conectado a uma rede global. A manipulação desses nanoconjuntos é a razão para os efeitos de troca e memória observados no material.

"Tentamos descobrir por que cargas semelhantes em tal estrutura não se repelem, mas, na verdade, são atraídos um pelo outro. Descobriu-se que este processo é energeticamente mais lucrativo do que a remoção máxima de cargas positivas umas das outras porque a formação de paredes de domínio carregadas fracionadas minimiza a carga da parede constituinte dos átomos, é por isso que o sistema de domínio se torna mais estável. Isso é completamente confirmado pelo experimento, e todo o cristal pode ser levado a tal estado com um mosaico de domínio e glóbulos dividindo as paredes, "acrescentou Petr Karpov.

Graças ao desenvolvimento desta teoria, é possível confirmar que o estado de domínio do dissulfeto de tântalo pode ser usado para armazenamento de longo prazo e operação super-rápida da informação. Um artigo com os resultados da pesquisa foi publicado em Relatórios Científicos .