В будущем это может помочь создавать компьютеры с более емкой и энергоэффективной памятью.

Результаты опубликованы в издании AIP Advances.

Исследователи из Университета штата Вашингтон и Университета Северной Каролины в Шарлотте изучили гибридный материал на основе цинка и теллура.

Оказалось, если сжать его, как бутерброд, структура меняется неожиданным образом.

Это делает его перспективным для фазовой памяти — технологии хранения данных, которая работает быстрее современных аналогов и не требует постоянного питания.

Эксперименты стали возможны благодаря новому рентгеновскому дифрактометру за миллион долларов.

Установка позволяет наблюдать за изменениями в материале в реальном времени, прямо в лаборатории. Раньше для таких опытов приходилось ехать в крупные научные центры, например, в Национальную лабораторию в Беркли.

Что обнаружили:

• Материал состоит из чередующихся слоев цинка, теллура и органического соединения — как бутерброд из жестких и мягких пластов.
• При сжатии он не просто уменьшается в объеме, а полностью перестраивается на атомном уровне.
• Превращение происходит при относительно низком давлении — в 10 раз меньше, чем у чистого цинка-теллурида.

Представьте, что вы сжимаете слоеный пирог, и вдруг начинка внутри него меняет форму, — объясняет Мэтт Маккласки, соавтор исследования.

Джули Миллер, ведущий автор работы, сравнивает этот процесс с превращением воды в лед, только здесь меняется структура твердого тела. Разные фазы материала могут по-разному проводить ток или светиться, а значит, их можно использовать для записи данных.

Материал также реагирует на направление давления — если сжимать его под разными углами, поведение будет отличаться. Это открывает дополнительные возможности, например, в фотонике, где информацию передают с помощью света.

Пока рано говорить о коммерческом применении, но открытие уже меняет представление о гибридных материалах.

Следующий шаг — проверить, как материал ведет себя при нагреве и комбинированном воздействии температуры и давления.

Этот материал — не просто лабораторная диковинка. Вот почему работа важна:

• Энергоэффективность. Современные SSD и DRAM потребляют энергию даже в режиме ожидания. Фазовая память на основе таких материалов может сохранять данные без питания, сокращая затраты на 30–50%.
• Скорость. Фазовые переходы происходят за наносекунды — быстрее, чем работают даже самые продвинутые чипы.
• Гибкость. Чувствительность к направлению давления позволяет настраивать свойства материала «на лету», что полезно для адаптивных вычислений.
• Фотоника. Если свечение материала зависит от фазы, его можно использовать в оптических чипах, где данные передаются светом, а не электронами.

Пока главная проблема — низкая стабильность органических компонентов при высоких температурах. Но если ее решить, технология может перевернуть рынок памяти уже через 5–7 лет.

Ранее ученые разработали новую форму памяти, которая дает уникальные вычислительные возможности.