西安交大等在相变存储材料设计领域取得重要进展

在过去十年左右的时间里，科学界和工业界一直致力于开发第三种类型的存储技术，以实现数据的快速读写和在同一单元中的稳定存储，并应对数据存储和处理方面的巨大压力。经过20多年的科学研究和开发，基于硫族化合物的相变存储器已逐步产业化，并在不久的将来投入市场，如英特尔“奥腾”芯片。目前，该领域的研究重点是如何进一步提高相变存储器的读写速度。

Xi交通大学金属材料强度国家重点实验室、材料科学与工程学院CAMP-Nano中心的张伟教授，以及中国科学院上海微系统与信息技术研究所和美国约翰·霍普金斯大学的研究人员共同设计了一种新型钪锑碲合金，成功地将相变存储器的读写速度提高了10倍以上，达到亚纳秒级。研究结果被命名为“Sc-Sb-Te合金缓存相变存储的化学设计原理”，最近作为封面论文发表在美国化学学会材料化学杂志的6月份。Xi交通大学是论文的第一作者单位和唯一交流单位。

据研究组相关人员介绍，在如何调整钪、锑、碲的化学成分以实现器件最佳性能的问题上，交通大学埃塞俄比亚博士生格塔瑟夫·祖迪和研究生周宇星在张伟教授的指导下，对钪、锑、碲二元母合金碲化钪和碲化锑进行了系统全面的第一性原理模拟和量子化学键分析。

最后，他们的研究结果表明，这两种母体金属在非晶结构上有很大的相似性，其中非晶碲化锑提供了更接近钪锑碲晶体的拓扑结构，而非晶碲化钪由于阴离子和阳离子之间更强的电荷转移能力，大大降低了系统中同极键的比例，形成了大量的结构和高强度的钪碲四元环。当约10%的碲化钪和90%的碲化锑熔合形成碲化钪锑合金时，稳定的碲化钪四元环可以大大提高系统的结晶效率，使碲化钪锑相变器件的工作速度接近最佳。

据了解，Xi石油大学的孙亮博士、深圳大学的饶峰教授、英国剑桥大学的温德林格博士和德国亚琛工业大学的马扎罗教授也参加了这项工作。这项工作得到了国家自然基金、111人才引进计划、中国国家留学基金委员会、Xi交通大学拔尖青年人才计划、高性能计算中心、国际教育学院和国际部的资助。

文章相关信息:doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b00510