Bilim insanlarından oluşan bir ekip, veri depolama malzemesinin fiziksel formu nasıl değiştirdiğini ayrıntılı olarak kontrol etmek için terahertz* aralığında dünyanın en güçlü elektromanyetik darbelerini yarattı. Bu keşif, bellek aygıtlarını ölçeklendirmenin bir yolunu bulmakta ve sonuçta bilgisayarların bilgiyi nasıl işlediğine dair devrim yaratmaktadır.
Kompakt disklerin modası geçebilir, ama gelecek nesil bilgisayar nanoteknolojisine ilham vermişlerdir. CD’lerdeki bir cam tabaka, faz değişim materyali içerir. Işık darbeleri, tabakanın küçük bölgelerinde kristallerin büyümesine veya ergimesine neden olduğunda bilgi ile kodlanabilir.
Elektriksel uyarıların tetiklediği faz değişim malzemeleri, ışıktan ziyade, birçok bellek cihazında mümkün olandan daha kararlı ve daha hızlı çalışma ile yeni bellek teknolojileri sunacaktır. Ek olarak, faz değişim materyallerindeki bellek alanlarının küçültülmesi bellek yoğunluğunu arttırabilir. Ama bu, kristal büyümesini kontrol etmenin zorluğu nedeniyle (kristalleşme, ergime, amoflaşma gibi) hala üzerinde uğraşılması gereken bir sorundur.
Kyoto Üniversitesinin önderliğinde bilim insanlarından oluşan bir ekip, yüksek güçte terahertz darbelerini bir tetikleyici olarak uyguladıktan sonra germanyum, antimon ve tellüryum veya GST’den oluşan faz değişim materyalinde münferit kristallerin nanometre ölçeğinde büyüme gözlemlemişlerdir.
Grup lideri Hideki Hirori; “Bir elektrik alanı altında GST’nin kristalleşmesinin ve amorfizasyonunun (değer kaybı) tek sebebi, kontrol edilmesinin güç olmasıdır ve elektrik girişleriyle ilişkili mikrometre ölçeğindeki ısı yayılma etkileridir. Bu da kristalleşmeye katkıda bulunur. Neyse ki, terahertz teknolojileri, ısıtma etkilerini baskılayarak güçlü elektrik alanları oluşturmak için kısa darbeleri kullanabileceğimiz bir noktaya geldi.”
Hirori ve meslektaşları, bir çift altın anteni boyunca ultra kısa ve oldukça yoğun terahertz darbeleri veren bir terahertz puls üreteci geliştirdi. Bu darbeler, GST örneğinde elektriksel olarak değiştirilmiş bir cihazla karşılaştırılabilir bir elektrik alanı yarattı. En önemlisi, bu yaklaşım, terahertz darbelerinin çok kısa sürmesi (yaklaşık 1 pikosaniye) nedeniyle ısı yayılımını büyük ölçüde azalttı ve GST kristalleşmesinin hızı ve yönü üzerinde hassas kontrol sağladı. Bir kristalleşme bölgesi, alan başına altın antenler arasında, darbe başına birkaç nanometre ile düz bir çizgide büyümüştür.
Ekip, terahertz darbelerinin sayısını arttırırken, kristalizasyondaki kademeli değişiklikleri izlediğinde, belirli bir noktadan sonra, terahertz kuvvetindeki artışa paralel olarak yükselme yerine kristal iletkenliğin hızla yükseldiğini fark ettiler. Araştırmacılar, kristaldeki haller arasında zıplayan elektronların, sisteme beklenmedik bir ısı kaynağı eklediğini ve kristalleşmeyi hızlandırdıklarını öne sürdüler.
Hirori şöyle açıklıyor: “Denememiz, GST’deki kristallerin nanoölçek ve yön kontrollü büyümesinin nasıl başarılabileceğini ortaya koyuyor. Ayrıca, yeni cihazların tasarımında yardımcı olacak ve sonuçta bu malzemenin vaat ettiği hızlı ve istikrarlı dijital bilgi işleme potansiyelini gerçekleştirecek bir olgu tespit ettik.”
*Terahertz: bandı elektromanyetik tayfta uzak kızılötesi ile mikrodalgalar arasındaki frekans bandında bulunur. T-ışınları, T-dalgaları, T-ışık, T-lux, THz olarak da adlandırılmaktadır.