Les scientifiques de NUST MISIS ont découvert comment se développe la formation de l'état latent dans le disulfure de tantale en couches. La découverte a des applications futures dans la mémoire informatique.

Professeur Petr Karpov et Serguei Brazovskii, tous deux chercheurs à NUST MISIS, ont développé une théorie expliquant le mécanisme de la formation de l'état latent dans le disulfure de tantale en couches, l'un des matériaux les plus prometteurs pour la microélectronique moderne. L'état latent de la matière a été découvert par Serguei Brazovskii avec un groupe d'expérimentateurs de Slovénie en 2014. Dans cette expérience, l'échantillon de disulfure de tantale, qui était inférieure à 100 nanomètres, a été illuminé par un laser ultracourt. Via des impulsions dans la zone irradiée, l'échantillon pourrait être commuté sur un conducteur de diélectrique et revenir à son état d'origine. La commutation s'est produite en une seule picoseconde, une vitesse bien plus rapide que dans les matériaux "les plus rapides" utilisés comme supports de stockage dans les ordinateurs modernes. Cette condition a persisté après l'exposition. Par conséquent, le matériau est devenu un candidat potentiel pour la base de la prochaine génération de supports de données d'information.

Professeur Petr Karpov, ingénieur au Département de Physique Théorique et Technologies Quantiques NUST MISIS, "Le boom de l'étude du disulfure de tantale en couches s'est produit après que nos collègues de Slovénie ont découvert l'état latent, impossible à atteindre dans les transitions de phase conventionnelles (thermodynamiques). Cependant, la plupart de ces travaux étaient expérimentaux, et la théorie a pris du retard. Quels ont été les mécanismes de la formation de l'état latent ? Sa nature est restée floue. Pourquoi le système ne revient-il pas à son état d'origine, continuer à rester indéfiniment sous une forme modifiée? Dans cet article, nous avons essayé de trouver la justification théorique des processus en cours."

Le disulfure de tantale appartient à un groupe spécial de matériaux conducteurs dans lesquels se forment des ondes dites de densité de charge. Cela signifie qu'en plus des pics naturels de densité électronique causés par la présence d'un atome, il existe également une autre périodicité plusieurs fois supérieure à la distance entre les atomes adjacents du réseau cristallin. Dans ce cas, le degré de cette périodicité est la racine de 13, donc il y a une assez grande différence.

L'image A montre une couche d'atomes de tantale. La période entre les « superpics » est indiquée par une flèche rouge. L'état des sites dans la couche de disulfure de tantale diffère les uns des autres par le fait que la densité électronique maximale est centrée sur les atomes de tantale. Les rouges montrent un état, tandis que les bleus et blancs montrent d'autres états.

Le travail des scientifiques de NUST MISIS consistait à construire et à étudier un modèle théorique universel qui pourrait décrire la propriété la plus importante de l'état nouvellement découvert :la formation et la transformation de mosaïques nanostructurelles (fig. b). Certains des atomes métalliques sortent du réseau après le traitement des impulsions électriques dans l'échantillon de disulfure de tantale en couches, et cela provoque des défauts - des lacunes chargées dans le cristal électronique.

Cependant, au lieu de garder une distance maximale les uns des autres, les charges sont étalées le long des chaînes linéaires d'atomes de tantale, formant des frontières de zones avec différents états d'atomes de tantale. Ces domaines s'enchaînent alors essentiellement, connecté à un réseau mondial. La manipulation de ces nanoensembles est à l'origine des effets de commutation et de mémoire observés dans le matériau.

"Nous avons essayé de savoir pourquoi des charges similaires dans une telle structure ne repoussent pas, mais, En réalité, sont attirés l'un par l'autre. Il s'est avéré que ce processus est énergétiquement plus rentable que l'élimination maximale des charges positives les unes des autres car la formation de parois de domaine chargées fractionnées minimise la charge de la paroi constitutive des atomes, c'est pourquoi le système de domaine devient plus stable. Ceci est complètement confirmé par l'expérience, et le cristal entier peut être amené à un tel état avec une mosaïque de domaine et des globules divisant les parois, " a ajouté Petr Karpov.

Grâce au développement de cette théorie, il est possible de confirmer que l'état de domaine du disulfure de tantale peut être utilisé pour le stockage à long terme et l'exploitation ultra-rapide des informations. Un article avec les résultats de la recherche a été publié dans Rapports scientifiques .