I ricercatori hanno compiuto progressi significativi nello sviluppo di una memoria a cambiamento di fase non volatile – un tipo di memoria elettronica in grado di archiviare dati anche quando l’alimentazione è spenta – utilizzando un materiale che non ha mai mostrato le proprietà richieste per tale memoria.
Ad oggi, la memoria a cambiamento di fase è stata sviluppata principalmente utilizzando… Calcogenuri – Un gruppo di materiali noti per mostrare cambiamenti elettrici reversibili durante la transizione dallo stato cristallino a quello amorfo. E se esistesse un materiale migliore?
Nichel laminato: un materiale promettente
In uno studio recentemente pubblicato, i ricercatori A Variazione reversibile della resistenza elettrica a temperatura ambiente Nel laminato al nichel, fornisce potenzialmente prestazioni e durata migliori.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Scienze Avanzate il 3 settembre 2023. I nichel stratificati sono una classe di materiali ossidi complessi composti da ioni di nichel. Hanno una struttura a strati, dove piani di atomi di nichel e ossigeno sono intervallati da strati contenenti altri elementi, spesso elementi alcalini o terre rare.
La loro disposizione unica ha suscitato l’interesse dei ricercatori a causa delle interessanti proprietà dei loro elettroni, con potenziali applicazioni in campi come la superconduttività e, in questo caso, l’elettronica.
Struttura e proprietà del nichel stratificato
IL Nichel Le piastre studiate dai ricercatori sono costituite da strati di atomi di stronzio, bismuto e ossigeno in una disposizione strutturale del tipo.Salgemma“, intrecciato con strati di molecole di stronzio, nichel e ossigeno in una struttura di perovskite.
Le perovskiti sono definite da una struttura cristallina specifica di due atomi caricati positivamente e un atomo caricato negativamente e mostrano una serie di proprietà interessanti, dalla superconduttività alla ferroelettricità – una polarizzazione elettrica spontanea che può essere invertita applicando un campo elettrico.
Quest’ultima proprietà è particolarmente interessante per quanto riguarda la memoria non volatile a cambiamento di fase, perché si basa sulla capacità del materiale di passare da uno stato all’altro in modo reversibile.
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“Volevamo sapere se una reversibilità simile poteva essere ottenuta termicamente“, ha osservato Hideyuki Kawasuku, coautore dello studio e ricercatore presso Scienza dei materiali presso l’Università di Tohoku in Giappone.
Questa reversibilità è stata dimostrata in molti calcogenuri, ma non negli ossidi di metalli di transizione, almeno non ancora. Sebbene i calcogenuri si siano già dimostrati efficaci in molte applicazioni di memoria a cambiamento di fase, gli ossidi dei metalli di transizione spesso mostrano una migliore stabilità termica e chimica rispetto ad alcuni calcogenuri.
Ciò può comportare una maggiore durata dell’hardware e la capacità di operare in condizioni più difficili.
Molti ossidi di metalli di transizione sono anche più abbondanti dei calcogenuri, il che può ridurre i costi e migliorare la durabilità.
Gli ossidi di metalli di transizione sono già ampiamente utilizzati nell’elettronica, nei sensori e nelle applicazioni correlate. Se possono essere adattati a nuove funzioni, come la memoria a cambiamento di fase, potrebbero essere più facili da integrare nei processi e nei dispositivi di produzione esistenti, semplificando ulteriormente la catena di approvvigionamento e fornendo potenzialmente ulteriori vantaggi in termini di sostenibilità.
Cambiamento di fase di rientro dei cristalli
I ricercatori hanno scoperto che i loro strati di nichel mostrano un cambiamento di fase cristallina indotto dal calore. Si riferisce a un tipo di cambiamento di fase che si verifica quando un materiale subisce una transizione reversibile tra tre fasi cristalline quando viene riscaldato e raffreddato.
“Fondamentalmente, una sostanza può passare più volte da una fase all’altra quando viene riscaldata e raffreddata“, ha concluso Tomoteru Fukumura, un altro autore dell’articolo. Ciò contrasta con un tipico cambiamento di fase, che è irreversibile e si verifica una sola volta quando il materiale viene riscaldato o raffreddato.
Sintetico
Il cambiamento di fase di rientro osservato nei nichel stratificati oggetto dello studio è importante perché consente la commutazione reversibile della resistenza elettrica, e questo a temperatura ambiente. Ciò consente lo sviluppo di memorie a cambiamento di fase non volatili multilivello utilizzando questo tipo di materiale e in applicazioni comuni.
Per una migliore comprensione
1. Cos’è la memoria a cambiamento di fase non volatile?
La memoria a cambiamento di fase non volatile è un tipo di memoria elettronica in grado di memorizzare dati anche quando l’alimentazione è spenta. Dipende dalla capacità di un materiale di passare da uno stato all’altro in maniera reversibile, modificando così la propria resistenza elettrica.
2. Qual è il ruolo degli strati di nichel in questo studio?
I nichel stratificati sono una classe di materiali ossidi complessi costituiti da ioni nichel. I ricercatori hanno scoperto che il loro strato di nichel presenta un cambiamento di fase cristallina reversibile al calore, consentendo la commutazione reversibile della resistenza elettrica a temperatura ambiente.
3. Cos’è il cambiamento della fase di rientro?
Il cambiamento di fase rientrante è un tipo di cambiamento di fase che si verifica quando un materiale subisce una transizione reversibile tra tre fasi cristalline quando viene riscaldato e raffreddato. Ciò consente al materiale di passare più volte da una fase all’altra mentre viene riscaldato e raffreddato.
4. Quali sono i vantaggi degli ossidi di metalli di transizione?
Gli ossidi dei metalli di transizione spesso mostrano una migliore stabilità termica e chimica rispetto ad alcuni calcogenuri, il che può portare a dispositivi che hanno una durata più lunga e possono funzionare in condizioni più difficili. Inoltre, sono generalmente più abbondanti, il che può ridurre i costi e migliorare la sostenibilità.
5. Quali sono le implicazioni per i dispositivi che utilizzano memoria non volatile?
La scoperta del cambiamento di fase rientrante negli strati di nichel consente lo sviluppo di memorie a cambiamento di fase non volatile multilivello utilizzando questo tipo di materiale e in applicazioni comuni. Lo studio ha inoltre fornito informazioni sui meccanismi specifici coinvolti nella commutazione reversibile della resistenza elettrica a temperatura ambiente, che potrebbero avere importanti implicazioni per i dispositivi che si basano sulla memoria non volatile.
Il nuovo materiale fornisce una memoria a cambiamento di fase non volatile multilivello più resistente e duratura. Credito: Università di Tohoku
Condizione: “Cambio di fase cristallino rientrato termicamente nel nichel derivato dalla perovskite che consente la commutazione reversibile della resistenza elettrica a temperatura ambiente.” – Autori: Kota Matsumoto, Hideyuki Kawasuku, Eiji Nishibori e Tomoteru Fukumura – Rivista: Advanced Science – DOI: 10.1002/advs.202304978
[ Rédaction ]
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