Швейцарские ученые предложили и экспериментально проверили метод контролируемого фазового перехода атомов ксенона из твердого состояния в жидкое в порах металлорганической супрамолекулярной структуры. Технология может быть использована в области разработки запоминающих устройтсв на молекулярном уровне. Исследование опубликовано в Small.
Количество цифровой информации в мире растет очень быстро, поэтому ученые и инженеры по всему миру работают над созданием веществ и методов, позволяющих увеличить емкость запоминающих устройств и уменьшить их физический размер. Способов кодирования и хранения информации в твердотельных накопителях много. Один из них основан на различных фазовых переходах вещества. Обычно для этих целей используют аморфное и кристаллическое состояние кристаллов халькогенидов в сочетании с германием, сурьмой и теллуром.
Группа исследователей под руководством Томаса Юнга (Thomas Jung) из Базельского университета предложили систему, позволяющую записывать информацию на атомарном уровне. Ранее они сумели создать самоорганизующуюся в супрамолекулярную структуру сеть органометалических комплексов, адсорбированных на поверхности меди Cu(111). Подобные структуры позволяют упростить создание квантовых загонов и, соответственно, процесс производства высокотехнологичных устройств, в которых они используются.
В новом исследовании физики экспериментально проверили, возможно ли осуществить контролируемый «фазовый переход» ксенона в ячейках супрамолекулярных ансамблей (под «фазовым переходом» авторы подразумевают возникающее движение атомов в структуре металорганической сетки). Для этого они поместили атомы ксенона в поры сетки и следили за их поведением при нагревании и при действии электрических импульсов на единичный загон. Повышение температуры проводили медленно (две десятые кельвина в минуту) до 16 кельвинов — при большем нагреве атомы ксенона начинают перескакивать в соседние ячейки. Чтобы проследить за процессами, которые проходили в системе, и создать электрические импульсы, ученые использовали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ).
В твердом состоянии, при низких температурах, атомы ксенона оставались статичными, и занимали определенное положение в порах. При 16 кельвинах они стали перемещаться по метастабильным сорбционным положениям в поре, и на снимках СТМ ученые увидели кольца внутри тех ячеек сетки, которые были заполнены несколькими атомами. В зависимости от заполнения ячейки, то есть стабильности ксеноновых кластеров, температуры «фазового перехода» оказались разными.
Когда экспериментаторы воздействовали точечными электрическими импульсами отрицательной полярности, даже при четырех кельвинах, они добились такого же эффекта, как при нагревании. А действием импульсов положительной полярности, авторы вызвали обратный процесс — «конденсацию» Xe в статичное положение в порах на определенных активных центрах.
На примере этой системы авторы показали возможность использования супрамолекулярных структур в технологиях хранения информации, основанных на фазовых переходах. Одновременно с этим продолжаются попытки улучшить запоминающие устройства такого вида на надмолекулярном уровне. В одной из таких работ, ученым удалось создать и исследовать материал, ускоряющий процесс записи информации.
Алина Кротова