闡明壓力下玻璃相轉移機制,可望促進記憶體新材料開發

 

刊登日期:2024/1/10
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日本筑波大學與理化學研究所等所組成的研發團隊利用大型同步輻射研究機構SPring-8的測試裝置,解明了玻璃隨著壓力產生巨大變化之相轉移(Phase Transfer)現象的機制,此項研究成果可望促進相變化記憶體等技術的高度化發展。
 
對物質施加溫度或壓力後從液體變成固體,或是維持固體狀態但構造上因而變化,此類情況稱為相轉移或相變化。玻璃為未結晶化的固體。當液體經過急速冷卻,超過凝固點卻未結晶化而成為過冷卻液體,進一步冷卻即轉換形成硬玻璃的狀態。
 
玻璃內部的原子排列乍看之下毫無秩序,其實有著各種規則性,與玻璃的物理/化學性質息息相關。相變化材料可做為非揮發性記憶體、藍光等光碟的紀錄膜,而玻璃性質因可影響元件的性能,扮演的角色相當重要。目前已知這些材料會因溫度或壓力變化導致玻璃性質大幅變化(相轉移),但背後的原子排列變化尚不明確。
 
研發團隊使用SPring的小角度/廣角X射線散射測試裝置「BL05XU」進行高輝度的輻射X射線高壓繞射實驗,搭配分子動力學模擬器,調查施加壓力時相變化材料(玻璃)的原子排列變化。
 
結果發現,在大氣壓下可觀測到的規則性原子排列「皮爾斯畸變(Peierls Distortion)」隨著壓力上升而有所抑制,且玻璃的體積彈性率也會隨著上升(即使承受壓力體積也不易變化)。另外還發現此類玻璃相轉移機制與過冷卻液體狀態之相轉移的結構在本質上是相同的。
 
相轉移材料所具有的過冷卻液體性質對於寫入光碟的速度與檔案保存上十分重要。這次的研究成果顯示出皮爾斯畸變是左右相變化材料性質的根本構造特徵,可望做為今後相變化記憶體在新材料研發上的指南。

資料來源: https://www.tsukuba.ac.jp/journal/pdf/p20231207190000.pdf
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