Коротко
Главная / Наука / Российские ученые объяснили феномен работы сверхбыстрой компьютерной памяти

Российские ученые объяснили феномен работы сверхбыстрой компьютерной памяти

Российские ученые объяснили феномен работы сверхбыстрой компьютерной памяти

Сотрудники Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» Сергей Бразовский и Петр Карпов разработали теорию образования скрытого состояния в одном из самых перспективных материалов для современной микроэлектроники – слоистом дисульфиде тантала. Статья об исследовании опубликована в Scientific Reports.

Скрытое состояние вещества, о котором идет речь, Сергей Бразовский (ныне – ведущий ученый проекта «Теория локально настраиваемых электронных состояний в слоистых материалах» НИТУ «МИСиС») открыл в 2014 году вместе с коллегами из Словении. Эксперимент, после которого начался бум изучения слоистых материалов, заключался в том, что на образец дисульфида тантала размером меньше 100 нанометров воздействовали сверхкоротким лазерным или электрическим импульсом. 

Из-за этих импульсов в облученной области состояние материала менялось, и он из диэлектрика становился проводником (или наоборот, по желанию экспериментаторов). Причем, переключение происходило за одну пикосекунду – в разы быстрее, чем в самых «быстрых» материалах, выступающих носителями памяти в современных компьютерах. И состояние не исчезало после воздействия, а сохранялось. Соответственно, материал стал потенциальным кандидатом на роль основы в носителях информации нового поколения.

Суть исследования разъяснил РИА Новости соавтор Бразовского – инженер кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ «МИСиС» Петр Карпов: «Когда коллеги из Словении открыли скрытое состояние вещества, недостижимое при обычных (термодинамических) фазовых переходах, посыпался вал статей в различных журналах. Правда, большинство этих работ были экспериментальными, а теория отставала. То есть, состояние смогли получить во многих лабораториях, но почему получается именно оно, каковы механизмы его образования, какова вообще его природа, – оставалось непонятным. Почему после возбуждения система не возвращается в своё исходное состояние, а продолжает оставаться в изменённом виде неограниченно долго? В данной статье мы как раз пытались найти теоретическое обоснование происходящих процессов». 

Российские ученые объяснили феномен работы сверхбыстрой компьютерной памятиИнженер кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ «МИСиС» Петр КарповРабота ученых НИТУ «МИСиС» состояла в построении универсальной теоретической модели, которая смогла бы описать наиболее важное свойство новых состояний: образование и преобразование наноструктурной мозаики.

После обработки электрическими импульсами в образце слоистого дисульфида тантала часть атомов металла вылетает из решетки, из-за чего формируются дефекты – заряженные вакансии электронного кристалла. Но вместо того, чтобы максимально дистанцироваться друг от друга, заряды «размазываются» по линейным цепочкам атомов тантала, образующим границы зон с разным состоянием атомов тантала – доменов, а затем эти цепочки вообще связываются в некую глобальную сеть. Именно манипуляции этой наносетью отвечают за эффекты переключения и памяти.

«Мы пытались выяснить, почему одноименные заряды в такой структуре не отталкиваются, а притягиваются друг к другу. Оказалось, этот процесс энергетически выгоднее, чем максимальное удаление положительных зарядов друг от друга, потому что при образовании дробно заряженных доменных стенок минимизируется заряд на каждом из составляющих стенку атомов, из-за чего доменная система и становится более стабильной, что полностью подтвердил эксперимент. И в такое состояние с мозаикой доменов и глобулами разделяющих их стенок можно перевести весь кристалл», — говорит Петр Карпов.

По словам ученых, благодаря разработанной теории можно утверждать, что доменное состояние дисульфида тантала действительно можно использовать для долговременного хранения и сверхбыстрой работы с информацией.

Источник: ria.ru