Johns Hopkinsi inseneride poolt juhitud teadlaste rühm avastas tavapärase mäluaine seni teadmatud omadused, sillutades teed uut tüüpi mäluseadmete, filmiketaste ja arvutisüsteemide arendamisele, mis talletavad andmeid kiiremini, kestavad kauem ning võimaldavad oluliselt suuremat mahutavust kui hetkel kasutatavad andmesalvestusvahendid. Teadustöö tulemused avaldati teadusajakirja Proceedings of the National Academy of Sciences internetiväljaandes, vahendab Phys.org.
Illustratsioon teemandi tippude kujust, mida kasutati surve avaldamiseks. Avaldatud surve abil paljastati mälukandja GST tähtsad uued omadused. Sisend esindab amorfse GST aatomstruktuuri. Pilt: Ming Xu/JHU
Uurimustöö tegemisel keskenduti odavale faasimuutusega salvesti-sulamile, mis koosneb germaaniumist, antimonist ja telluurist – lühendatuna GST. Seda ainet kasutatakse taaskirjutatavates optilistes vahendites, muuhulgas CD-RW ja DVD-RW ketastes. Kasutades teemanditipulisi vahendeid ainetele surve avaldamiseks, paljastas Johns Hopkinsi juhitud meeskond uued elektrilise takistuse omadused, mille tõttu võib GST-st saada veelgi kasulikum aine arvuti- ja elektroonikatööstuse tarbeks.
„See faasisiirdega mälu on käesolevates mäluseadmetes kasutatavast ainest stabiilsem. See töötab 100 korda kiiremini ning seda võib umbes 100 000 korda üle kirjutada,“ sõnas uurimustöö juhtiv autor Ming Xu. „Viie aasta jooksul võib GST-d kasutada arvuti kõvaketaste asendamiseks ja neile mälu lisamiseks.“
GST-d kutsutakse faasisiirdega aineks seetõttu, et kuumutades võivad mõned GST alad muutuda korratu aatomite paigutusega amorfsest olekust kristalliliseks, mille puhul on aatomid joonestatud pikaajalisse korrastusse. Amorfses olekus on GST elektritakistus suurem, kristallilises olekus aga väiksem. Kaks faasi peegeldavad ka erinevalt valgust, võimaldades DVD pinda lugeda üliväikese laseriga. Kaks olekut vastavad arvuti keeles ühele ja nullile. Ehkki seda faasisiirdega ainet on kasutatud vähemalt kahe aastakümne vältel, on ümberlülitus ühest faasist teise jäänud mõistatuseks. Seda seetõttu, et faasivahetus toimub väga kiiresti – nanosekundite jooksul –, kui ainet kuumutada.
Mõistatuse lahendamiseks kasutas Xu oma meeskonnaga muutuse järk-järgulisemaks esilekutsumiseks teistsugust meetodit. Teadlased kasutasid kaht teemanditippu aine survestamiseks. Nad rakendasid vuurimistöö käigus röntgendifraktsiooni protsessi ja arvutisimulatsiooni, et jäädvustada aatomitasemel toimuvad aine muutused. Uurijad avastasid, et nad said „häälestada“ aine elektritakistust amorfsest olekust kristallilisse ülemineku aja jooksul.
„Selle asemel, et see läheks mustaks valgeks, leidub üleminekus erinevaid halli varjundeid,“ väitis artikli kaasautor En Ma. „Omades laia keelutsooni ulatust, saavutame palju rohkem kontrolli. Mitme oleku abil on võimalik talletada palju rohkem andmeid.“
Teadusartikkel: „Pressure tunes electrical resistivity by four orders of magnitude in amorphous alloy“