Un matériau spongieux et en couches qui se transforme considérablement sous pression pourrait un jour aider les ordinateurs à stocker plus de données avec moins d'énergie.
C'est selon une nouvelle étude réalisée par des chercheurs de la Washington State University et de l'Université de Caroline du Nord à Charlotte qui montre un matériau hybride basé sur le zinc Telluride peut subir des changements structurels surprenants lorsqu'ils sont réunis comme un sandwich moléculaire. Ces changements pourraient en faire un candidat solide pour la mémoire de changements de phase, un type de stockage de données ultra-rapide et durable qui fonctionne différemment de la mémoire trouvée dans les appareils d'aujourd'hui et n'a pas besoin d'une source d'alimentation constante.
La recherche a été rendue possible par un système de diffraction des rayons X qui a été acquis en 2022. Cet équipement spécialisé permet aux chercheurs observer de minuscules changements structurels dans le matériel tels qu'ils sont arrivés, le tout du campus Pullman de WSU. Habituellement, ces types d'expériences nécessitent du temps dans des installations nationales massives comme la source de lumière avancée au Berkeley National Laboratory en Californie.
« Pouvoir faire ces expériences à haute pression sur le campus nous a donné la flexibilité de vraiment creuser ce qui se passait », a déclaré Matt McCluskey, professeur de physique à WSU et co-auteur de l'étude Avancées AIP. « Nous avons découvert que le matériau ne se comprime pas seulement – il a en fait changé sa structure interne de manière importante. »
Le matériau, appelé β-znte (en) ₀.₅, consiste en des couches alternées de telluride de zinc et une molécule organique connue sous le nom d'éthylènediamine. McCluskey compare sa structure à un sandwich. « Imaginez des couches de céramique et de plastique empilées encore et encore », a-t-il déclaré. « Lorsque vous appliquez une pression, les pièces molles s'effondrent plus que celles raides. »
À l'aide d'une cellule d'enclume de diamant – un appareil qui peut appliquer une pression extrême et le nouveau système de rayons X, les chercheurs ont vu que le matériau avait subi deux transitions de phase à des pressions relativement faibles (2,1 et 3,3 gigapascals). Dans les deux cas, la structure a considérablement changé, rétrécissant jusqu'à 8%.
Julie Miller, Physics Ph.D. L'étudiant de WSU et l'auteur principal de l'étude explique qu'une transition de phase est lorsqu'un matériau modifie sa structure au niveau atomique – un peu comme la façon dont l'eau se transforme en glace ou vapeur.
Dans ce cas, les changements se sont produits entre deux états solides, où les mêmes atomes se sont réorganisés en une configuration plus dense. Ces types de transitions peuvent modifier considérablement les propriétés physiques d'un matériau, y compris la façon dont il mène l'électricité ou émet de la lumière.
Parce que différentes phases structurelles ont souvent des caractéristiques électriques et optiques différentes, les scientifiques pensent qu'ils pourraient être utilisés pour coder les informations numériques – un principe derrière la mémoire de changement de phase.
« La plupart des matériaux comme celui-ci ont besoin d'énormes quantités de pression pour changer la structure, mais celle-ci a commencé à se transformer à un dixième de la pression que nous voyons habituellement dans Pure Zinc Telluride », a déclaré Miller. « C'est ce qui rend ce matériel si intéressant – cela montre de grands effets à des pressions beaucoup plus faibles. »
Les chercheurs ont également constaté que le matériau se comporte très différemment selon la direction dans laquelle il est serré. Cette sensibilité directionnelle, combinée à sa structure en couches, la rend plus accordable et ouvre la porte à des utilisations supplémentaires.
En plus de la mémoire, le matériau pourrait trouver des applications en photonique, où la lumière au lieu de l'électricité est utilisée pour déplacer et stocker des informations. Parce que le matériau émet une lumière ultraviolette, les chercheurs soupçonnent que sa lueur pourrait se déplacer en fonction de sa phase, ce qui le rend utile en fibre optique ou en informatique optique.
Bien qu'il soit encore tôt pour β-znte (en) ₀.₅ En tant que matériau de mémoire commerciale potentiel, la découverte marque un grand pas en avant.
« Nous commençons tout juste à comprendre ce que ces matériaux hybrides peuvent faire », a déclaré Miller. « Le fait que nous puissions observer ces changements avec l'équipement ici sur le campus le rend encore plus excitant. »
Ensuite, l'équipe prévoit d'étudier comment le matériau réagit aux changements de température et d'explorer ce qui se passe lorsque la pression et la chaleur sont appliquées – constituant une carte plus complète de ses comportements et possibilités.
