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.

Cerca la riflessione termica

“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 ]