Фазоизменяемые материалы (ФИМ) представляют собой уникальный класс веществ, обладающих высоким воспроизводимым контрастом электрических и оптических свойств между аморфной и кристаллической фазами. Это свойство нашло широкое применение в устройствах хранения данных. Такие материалы, как Ag₄In₃Sb₆₇Te₂₆ (AIST) и Ge₂Sb₂Te₅ (GST) в последние десятилетия используют для оптической записи данных, поэтому они стали объектом пристального внимания учёных.

Обратимый переход между аморфным и кристаллическим состояниями можно индуцировать разными способами: термическим нагревом, импульсами электрического тока и оптическими импульсами. В случае термического возбуждения можно реализовать только процесс кристаллизации с микро-милисекундным разрешением, импульсами электрического тока. Использование ультракоротких лазерных импульсов открывает новые возможности в исследовании сверхбыстропротекающих фазовых переходов и определения фундаментальных констант.

Коллектив учёных из Института проблем лазерных и информационных технологий РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН представил результаты исследования динамики изменения коэффициентов оптического пропускания и отражения тонких пленок GST при фазовых переходах, индуцированных фемтосекундным лазерным излучением. Предложена предсказательная модель на основе термокинетического подхода, позволяющая качественно и количествено определить долю кристаллической фазы и глубину её залегания в плёнке GST. Показано, что при использовании серии управляющих лазерных фемтосекундных импульсов для плёнок с толщиной от 100 нм наиболее точное управление долей кристаллической фазой обеспечивается при плотностях энергии от 10 до 20 мДж/см². При плотностях энергии от 25 мДж/см² в двухимпульсном режиме наблюдается реаморфизация значительно части плёнки.

На рентгенограммах некоторых образцов, появляются дифракционные пики, идентифицирующие «искажённую» кубическую фазу с пространственной группой Pm-3m. Эта фаза по характерным дифракционным пикам соответствует простой кубической фазе (primitive or simple cubic). Ранее она была предсказана только теоретически. Представленные результаты демонстрируют, что простая кубическая фаза играет важную роль при быстрых фазовых переходах в ФИМ. Использование многоимпульсных режимов может позволить добиться хорошей воспроизводимости подготовки состояний тонкой плёнки ФИМ и, кроме того, обеспечить большое количество безошибочно считываемых состояний. Время установления полностью стабильного состояния для описанных плёнок не превышает 100 нс. Это время можно существенно уменьшить, используя более тонкие плёнки и подложку с хорошей теплопроводностью.

Источник: ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН.