圖示描繪了這種形狀的鉆石探頭，可用來(lái)施加壓力，他們發(fā)現(xiàn)，有一些重要的新特性存在于存儲(chǔ)介質(zhì)鍺銻碲合金中。插圖代表非晶鍺銻碲合金的原子結(jié)構(gòu)。來(lái)源：約翰霍普金斯大學(xué)
這項(xiàng)研究4月16日發(fā)表在國(guó)家科學(xué)院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences）網(wǎng)絡(luò)版，題為《壓力調(diào)節(jié)電阻率采用四個(gè)量級(jí)的非晶鍺銻碲相變記憶合金》（Pressure tunes electrical resistivity by four orders of magnitude in amorphous Ge2Sb2Te5 phase-change memory alloy）。
這項(xiàng)研究集中探討一種廉價(jià)的相變存儲(chǔ)合金，這種合金包含鍺（germanium），銻（antimony），碲（tellurium），稱為GST（鍺銻碲），這是它的縮寫(xiě)。這種材料已用于可擦寫(xiě)光碟，包括CD-RW和DVD-RW光盤(pán)。但是，用鉆石探頭工具給這種材料施加壓力時(shí)，約翰霍普金斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)了一些新的電阻特性，可以使鍺銻碲合金更有用，用于計(jì)算機(jī)和電子行業(yè)。
“這種相變存儲(chǔ)材料更加穩(wěn)定，勝過(guò)目前的閃存驅(qū)動(dòng)器使用的材料。它的運(yùn)行速度加快100倍，大約可擦寫(xiě)10萬(wàn)次，”這項(xiàng)研究的牽頭作者徐明（Ming Xu）說(shuō)，他是約翰霍普金斯大學(xué)淮汀工程學(xué)院（Whiting School of Engineering）材料科學(xué)和工程系博士生。“大約五年之內(nèi)，它就可以用來(lái)取代計(jì)算機(jī)中的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，帶來(lái)更多的內(nèi)存。”
鍺銻碲合金被稱為相變材料，因?yàn)槭軣釙r(shí)，鍺銻碲合金區(qū)域會(huì)改變，從非晶狀態(tài)，就是原子沒(méi)有有序排列的狀態(tài)，改變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)，原子就會(huì)整齊地排列成長(zhǎng)長(zhǎng)的序列。在非晶狀態(tài)，鍺銻碲合金的電阻更高。在結(jié)晶狀態(tài)，電阻下降。這兩種狀態(tài)的反光也不同，這樣，DVD表面的讀取就可以采用微激光。這兩種狀態(tài)代表1和0，就是計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言。
雖然這種相變材料已經(jīng)使用了至少二十年，但是，它的準(zhǔn)確機(jī)制，也就是從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的機(jī)制仍然是一個(gè)謎，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)變非?？?，只有幾納秒，原因就是材料被加熱。
為了解開(kāi)這個(gè)謎，徐明和他的研究小組采用另一種方法，逐漸觸發(fā)變化。研究人員用兩個(gè)鉆石探頭壓縮材料。他們采用的工藝名為X-射線衍射（X-ray diffraction）和計(jì)算機(jī)模擬，可以記錄材料在原子尺度發(fā)生了什么變化。研究人員發(fā)現(xiàn)，在從非晶形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶形態(tài)的這段時(shí)間，他們可以“調(diào)整”這種材料的電阻率。
“不是從黑變白，而像是出現(xiàn)一些陰影或灰色陰影，就在它們之間，”徐明博士的導(dǎo)師恩馬（En Ma）說(shuō)，他是材料科學(xué)與工程教授，也是論文的合著者。“因?yàn)榫哂袕V泛的電阻，因此就可以有更多的控制。如果有多個(gè)狀態(tài)，那就可以存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)。”
這項(xiàng)研究的資金來(lái)自美國(guó)能源部，海軍研究辦公室，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）等。
