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交大学子在相变存储材料设计领域取得进展

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人工智能、大数据等新兴技术的蓬勃发展对现有的计算设备性能提出极大挑战。近十多年来,科学界与工业界一直致力于发展第三类存储器技术,以期在同一单元中实现数据的快速读写及稳定存储,应对数据存储与处理方面的巨大压力。基于硫族化物的相变存储器经过二十余年的科研发展,已逐步实现工业化生产,并于近期投入市场,例如英特尔“傲腾”芯片等。领域内的研究重点落在如何进一步提升相变存储的读写速度上。西安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微纳中心(CAMP-Nano)张伟教授课题组联合中科院上海微系统与信息技术研究所、美国约翰霍普金斯大学科研人员设计了新型钪锑碲合金,成功将相变存储器的读写速度提升十余倍并达到亚纳秒级别。

亟待解决的核心问题之一是如何调节钪锑碲的化学成分以达到器件最优性能。针对该问题,材料学院埃塞俄比亚籍博士留学生Getasew M. Zewdie及研究生周宇星在张伟教授的指导下,针对钪锑碲合金的二元母体合金碲化钪与碲化锑进行系统全面的第一性原理模拟与量子化学键分析。研究结果表明,两种母材在非晶态结构上有很大的相似性,其中非晶碲化锑提供了与钪锑碲晶体相更加接近的拓扑结构,而非晶碲化钪由于阴阳离子间更强的电荷转移能力,使得体系中同极键的比例大大减少,形成大量结构规整且强度高的钪碲四元环。当大约10%的碲化钪与90%的碲化锑进行融合形成钪锑碲合金时,稳定的钪碲四元环可极大提升体系结晶效率,使得钪锑碲相变器件操作速度接近最优。

该研究成果以《缓存型相变存储钪锑碲合金的化学设计原则》为题,作为6月刊封面论文之一发表在美国化学学会期刊《材料化学》上(影响因子10.1),西安交通大学为该论文的第一作者单位和唯一通讯单位。参与本工作的还有来自西安石油大学的博士孙良、深圳大学教授饶峰、英国剑桥大学博士V.L.Deringer以及德国亚琛工业大学教授R.Mazzarello。该项工作得到国家自然基金、111引智计划、中国国家留学基金委、西安交通大学青年拔尖人才计划、高性能计算中心、国际教育学院以及国际处的支持。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.9b00510

2019-06-30
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