Ученые разработали теорию, объясняющую свойства дисульфида тантала

Профессору Сергею Бразовскому и инженеру кафедры теоретической физики и квантовых технологий университета «МИСиС» Петру Карпову удалось создать теорию, которая объясняет свойство «скрытого состояния вещества» материала под названием дисульфид тантала. Особенность данного соединения заключается в способности сохранять состояние проводимости.

Открытие TaS2

Скрытое состояние вещества было обнаружено в 2014 году. Сергей Бразовский вместе с коллегами из Словении провели эксперимент: на образец дисульфида тантала размером меньше 100 нм воздействовали сверхкоротким лазерным или электрическим импульсом. В результате в облученной области состояние материала менялось — из диэлектрика он становился проводником (или наоборот).

Такое свойство позволяет использовать дисульфид тантала для хранения данных — логических нулей и единиц. Изменение состояния происходило за одну пикосекунду, при этом полученное состояние сохранялось, а не исчезало. Этот результат в разы лучше, чем в самых «быстрых» материалах, которые используются в настоящее время в качестве основы компьютерной памяти.

Изучение вещества

До создания теории оставалось неизвестным, почему после воздействия на дисульфид тантала его состояние не возвращается в исходное, а продолжает оставаться в измененном виде.

Работа ученых НИТУ «МИСиC» заключалась в построении универсальной теоретической модели, которая смогла бы описать важное свойство новых состояний: образование и изменение наноструктурной мозаики:

После обработки образца слоистого дисульфида тантала электрическими импульсами часть атомов вылетает из решетки, из-за чего формируются заряженные дырки в электронном кристалле. Вместо того, чтобы максимально дистанцироваться друг от друга, заряды «размазываются» по линейным цепочкам атомов тантала. Манипулирование наносетью таких цепей и отвечает за эффекты переключения и памяти.

Благодаря разработанной теории было установлено, что доменное состояние дисульфида тaнтала можно использовать для долговременного хранения и сверхбыстрой работы с информацией. Более подробно результаты исследования приведены в журнале Scientific Reports.

Ученые всесторонне ведут разработку новых материалов для хранения и обработки информации. Напомним, что в феврале 2018 года исследователям удалось разработать гибрид транзистора и мемристора — мемтранзистор.