Это согласно новому исследованию исследователей из Университета штата Вашингтон и Университета Северной Каролины в Шарлотте, которое показывает, что гибридный материал на основе теллурида цинка может претерпевать удивительные структурные изменения, когда его сжимают вместе, как молекулярный сэндвич. Эти изменения могут сделать его отличным кандидатом на использование в качестве памяти с фазовым переходом - типа сверхбыстрого и долговечного хранилища данных, которое работает иначе, чем память, используемая в современных устройствах, и не нуждается в постоянном источнике питания.

Исследование стало возможным благодаря рентгеновской дифракционной системе стоимостью более 1 миллиона долларов, которая была приобретена в 2022 году при поддержке благотворительного фонда Мердока. Это специализированное оборудование позволяет исследователям наблюдать крошечные структурные изменения в материале по мере их возникновения - и все это в кампусе WSU в Пуллмане. Обычно такого рода эксперименты требуют времени на крупных национальных установках, таких как Advanced Light Source в Национальной лаборатории Беркли в Калифорнии.

"Возможность проводить эти эксперименты под высоким давлением в кампусе дала нам возможность по-настоящему разобраться в происходящем", - сказал Мэтт Маккласки, профессор физики WSU и соавтор исследования в AIP Advances. "Мы обнаружили, что материал не просто сжимается - он на самом деле сильно меняет свою внутреннюю структуру".

Материал, называемый β-ZnTe(en)₀.₅, состоит из чередующихся слоев теллурида цинка и органической молекулы, известной как этилендиамин. Маккласки сравнивает его структуру с бутербродом. "Представьте себе слои керамики и пластика, уложенные друг на друга снова и снова", - сказал он. "Когда вы оказываете давление, мягкие части разрушаются сильнее, чем жесткие".

Используя ячейку с алмазной наковальней - устройство, способное оказывать экстремальное давление, - и новую рентгеновскую систему, исследователи увидели, что материал прошел через два фазовых перехода при относительно низких давлениях (2,1 и 3,3 гигапаскаля). В обоих случаях структура резко изменилась, сократившись до 8%.

Джули Миллер, аспирантка-физик из WSU и ведущий автор исследования, объясняет, что фазовый переход - это когда материал изменяет свою структуру на атомном уровне - во многом подобно тому, как вода превращается в лед или пар. В данном случае изменения произошли между двумя твердыми состояниями, где одни и те же атомы перестроились в более плотную конфигурацию. Такого рода переходы могут кардинально изменить физические свойства материала, в том числе то, как он проводит электричество или излучает свет. Поскольку разные структурные фазы часто имеют разные электрические и оптические характеристики, ученые полагают, что их можно было бы использовать для кодирования цифровой информации - принцип, лежащий в основе памяти с изменением фазы.

"Большинству материалов, подобных этому, требуется огромное давление, чтобы изменить структуру, но этот начал трансформироваться при давлении в десятую часть от давления, которое мы обычно наблюдаем в чистом теллуриде цинка", - сказал Миллер. "Вот что делает этот материал таким интересным - он демонстрирует большие эффекты при гораздо более низких давлениях".

Исследователи также обнаружили, что материал ведет себя совершенно по-разному в зависимости от того, в каком направлении его сжимают. Такая направленная чувствительность в сочетании с его многослойной структурой делает его более настраиваемым и открывает возможности для дополнительного использования.

В дополнение к памяти, материал мог бы найти применение в фотонике, где свет вместо электричества используется для перемещения и хранения информации. Поскольку материал излучает ультрафиолетовый свет, исследователи подозревают, что его свечение может меняться в зависимости от фазы, что потенциально делает его полезным также в волоконной оптике или оптических вычислениях.

Хотя для β-ZnTe(en) еще рано делать выводы..₅ как потенциальный коммерческий материал для запоминания, это открытие знаменует собой большой шаг вперед.

"Мы только начинаем понимать, на что способны эти гибридные материалы", - сказал Миллер. "Тот факт, что мы могли наблюдать эти изменения с помощью оборудования прямо здесь, в кампусе, делает это намного более захватывающим".

Далее команда планирует изучить, как материал реагирует на изменения температуры, и изучить, что происходит при приложении как давления, так и тепла, составив более полную карту его поведения и возможностей.