Los científicos de NUST MISIS han descubierto cómo se desarrolla la formación del estado latente en capas de disulfuro de tantalio. El descubrimiento tiene aplicaciones futuras en la memoria de la computadora.

Profesor Petr Karpov y Serguei Brazovskii, ambos investigadores de NUST MISIS, han desarrollado una teoría que explica el mecanismo de formación del estado latente en capas de disulfuro de tantalio, uno de los materiales más prometedores para la microelectrónica moderna. El estado latente de la materia fue descubierto por Serguei Brazovskii con un grupo de experimentadores de Eslovenia en 2014. En ese experimento, la muestra de disulfuro de tantalio, que era inferior a 100 nanómetros, fue iluminado por un láser ultracorto. A través de pulsos en el área irradiada, la muestra podría cambiarse a un conductor de dieléctricos y volver a su estado original. El cambio se produjo en solo un picosegundo, una velocidad mucho más rápida que en los materiales "más rápidos" utilizados como medios de almacenamiento en las computadoras modernas. Esa condición persistió después de la exposición. Respectivamente, el material se ha convertido en un candidato potencial para la base de la próxima generación de soportes de datos de información.

Profesor Petr Karpov, ingeniero del Departamento de Física Teórica y Tecnologías Cuánticas de NUST MISIS, dijo "El auge en el estudio del disulfuro de tantalio en capas ocurrió después de que nuestros colegas de Eslovenia descubrieron el estado latente, inalcanzable en transiciones de fase convencionales (termodinámicas). Sin embargo, la mayoría de estos trabajos fueron experimentales, y la teoría se quedó atrás. ¿Cuáles fueron los mecanismos de la formación del estado latente? Su naturaleza seguía sin estar clara. ¿Por qué el sistema no vuelve a su estado original? ¿Continuará permaneciendo en forma modificada indefinidamente? En este articulo, tratamos de encontrar la justificación teórica de los procesos que ocurren ".

El disulfuro de tantalio pertenece a un grupo especial de materiales conductores en los que se forman las llamadas ondas de densidad de carga. Esto significa que además de los picos naturales de densidad electrónica causados ​​por la presencia de un átomo, También hay otra periodicidad que es varias veces mayor que la distancia entre los átomos adyacentes de la red cristalina. En este caso, el grado de esa periodicidad es la raíz de 13, por lo que hay una gran diferencia.

La imagen A muestra una capa de átomos de tantalio. El período entre los "superpicos" está marcado con una flecha roja. El estado de los sitios en la capa de disulfuro de tantalio difiere entre sí en el hecho de que la densidad máxima de electrones se centra en los átomos de tantalio. Los rojos muestran un estado, mientras que los azules y blancos muestran otros estados.

El trabajo de los científicos de NUST MISIS consistió en construir y estudiar un modelo teórico universal que podría describir la propiedad más importante del estado recién descubierto:la formación y transformación de mosaicos nanoestructurales (imagen b). Algunos de los átomos de metal salen volando de la red después del procesamiento de impulsos eléctricos en la muestra de disulfuro de tantalio en capas, y eso provoca defectos, puestos vacantes cargados en el cristal electrónico.

Sin embargo, en lugar de mantener una distancia máxima entre sí, las cargas se manchan a lo largo de las cadenas lineales de átomos de tantalio, formando límites de zonas con diferentes estados de átomos de tantalio. Luego, estos dominios se encadenan esencialmente, conectado a una red global. La manipulación de estos nanoconjuntos es la razón de los efectos de conmutación y memoria observados en el material.

"Intentamos averiguar por qué cargas similares en una estructura de este tipo no se repelen, pero, De hecho, se sienten atraídos el uno por el otro. Resultó que este proceso es energéticamente más rentable que la eliminación máxima de cargas positivas entre sí porque la formación de paredes de dominio con carga fraccionada minimiza la carga de la pared constituyente de átomos, por eso el sistema de dominio se vuelve más estable. Esto está completamente confirmado por el experimento, y todo el cristal se puede llevar a tal estado con un mosaico de dominio y glóbulos que dividen las paredes, "añadió Petr Karpov.

Gracias al desarrollo de esta teoría, Es posible confirmar que el estado de dominio del disulfuro de tantalio se puede utilizar para el almacenamiento a largo plazo y el funcionamiento ultrarrápido de información. Se publicó un artículo con los resultados de la investigación en Informes científicos .