Bandoma išsiaiškinti duomenų įrašymo spartą lemiantį kristalizacijos mechanizmą

Nuo 2007 metų visame pasaulyje elektroninėse laikmenose – magnetiniuose ir optiniuose diskuose bei juostose – išsaugota apie 300 eksabaitų (3∙10²⁰ baitų) informacijos.

Nepaisant šio milžiniško kiekio, elektroninių laikmenų paklausa tik didėja, o tai reiškia, kad mokslininkai turi surasti būdų, kaip efektyviau ir greičiau patalpinti informaciją.

Nagrinėdami, kaip lazerio impulsai keičia laikmenų medžiagos atominę sandarą, Japonijos tyrėjai atskleidė fundamentalų mechanizmą, kuris, tikimasi, netolimoje ateityje leis sparčiau išsaugoti duomenis. Prie atliktų tyrimų taip pat prisidėjo mokslininkai iš Vokietijos ir Suomijos.

Tokių perrašomų atminčių, kaip laisvosios kreipties atmintinių (RAM) arba DVD diskų, veikimo principas yra paremtas specifinių medžiagų, kuriose galimas vienos stabilios atomų konfigūracijos pasikeitimas kita, faziniu virsmu. Lazerio impulsai gali sukelti fazinį virsmą, toks procesas yra vadinamas „įrašymu“. Medžiagos fazę galima atpažinti „skaitant“ jos optines savybes.

Tam, kad pirmąkart tiksliai išsiaiškintų vienos iš tokių medžiagų AgInSbTe (AIST), dažnai naudojamų perrašomuose DVD diskuose, atominę sandarą, tyrimams vadovavęs Masakis Takata (Masaki Takata) kartu su kolegomis suderino moderniausius medžiagų analizės metodus su teoriniu modeliavimu. Šviesos impulsas gali priversti AIST medžiagą pereiti iš amorfinės būsenos, kurioje atomai išsidėstę netvarkingai, į kristalinę fazę, kurioje atomai suformuoja tvarkingą gardelinę struktūrą. Toks kristalizacijos procesas užtrunka viso labo tik kelias dešimtąsias nanosekundės dalis: kuo kristalizacija yra spartesnė, tuo sparčiau galima įrašyti iš ištrinti informaciją. Tačiau niekas iki šiol nesuprato, kodėl faziniai virsmai AIST medžiagose yra tokie spartūs.

Mokslininkų komandos atlikta analizė ir modeliavimai parodė, kad AIST medžiaga kristalizuojasi kitaip nei kitos komerciškai prieinamos fazę keičiančios medžiagos. Tyrėjai pamatė, jog AIST kristalizacija yra ganėtinai paprastas procesas: lazerio spinduliuotė sužadina surištuosius elektronus ir priverčia juos pajudėti. Centrinis stibio (Sb) atomas pereina iš ilgo (amorfinio) į trumpą (kristalinį) ryšį nenutrūkstant pačiam ryšiui (žr. paveiksliuką).

„Mes tikimės patikrinti ši ryšių pakitimo modelį netolimoje ateityje, – teigia M. Takata. – Kristalizacija yra tas procesas, nuo kurio priklauso informacijos įrašymo sparta visose faziniais virsmais pasižyminčiose medžiagose, todėl tikslus šio proceso supratimas yra itin svarbus“.

Tyrėjai taip pat atrado, jog idealiai tvarkinga AIST medžiagos kristalinė sandara (be kartais pasitaikančių ertmių) leidžia informaciją įrašyti sparčiau. Palyginimui, kitoje ganėtinai populiarioje medžiagoje – germanio stibio telūride – net 10 procentų gardelės yra tuščia.