注目の研究

相変化光メモリーの動作を超高速化するメカニズムを解明 〜相変化記録膜材料で結晶格子が一瞬変化する様子を観測〜

2015/09/25

筑波大学数理物質系の長谷宗明准教授および産業技術総合研究所ナノエレクトロニクス研究部門の富永淳二首席研究員らのグループは、格子振動(フォノン)の振動振幅を約100 fs(フェムト秒、1000兆分の1秒)の精度で光操作する技術を開発し、現在使用されている記録型DVDや次世代の不揮発性固体メモリーとして期待されている相変化メモリーの記録材料において、ほんの1 ps(ピコ秒、1兆分の1秒)程度しか出現しない励起状態の観測に成功しました。

今回観測された超高速相転移現象は、これまで考えられてきた熱的な転移過程ではなく、非熱的な転移過程であることを強く示唆しています。すなわち、相転移が熱伝導率に依存するのではなく、レーザーパルス対の時間間隔のみで制御できるという、全く新しい動作原理の超高速スイッチング相変化デバイスが可能になると期待されます。

 

 

図 コヒーレントフォノン信号をフーリエ変換して得られたフォノンスペクトル。(a) 励起パルス対を照射する前、試料は初期状態(SET相)にあり、このとき6配位状態のGeTe6に対応するフォノン周波数は3.48 THzであることが分かる。(b)励起パルス対を照射した場合。∆t=290 fsで励起パルス対を照射すると、もともと3.48 THzにあったピークは2つに分裂し、一方は高周波数側にブルーシフト(3.7 THz)し、もう一方は、低周波数側に大きくレッドシフト(2.55 THz)することが分かる。(c) フォノンスペクトルで観測された局所構造変化のモデル。励起パルス対を照射すると、励起状態になり、3配位(GeTe3:2.55 THz)と4配位(GeTe4:3.7 THz)の局所構造が出現すると考えられる。