Memorie a cambiamento di fase: maggior capienza grazie ad una nuova scoperta


Un gruppo di ricercatori della Johns Hopkins University ha individuato una proprietà finora non conosciuta legata ad un materiale comunemente utilizzato per impieghi di conservazione dei dati, tracciando così la via per lo sviluppo di nuove forme di dispositivi di memoria dalle maggiori prestazioni, di miglior durata nel tempo e di più elevata capacità rispetto ai dispositivi disponibili attualmente.

La ricerca è stata focalizzata su una lega abbastanza economica di un materiale a cambiamento di fase, composta da Germanio, Antimonio e Tellurio, conosciuta comunemente con la sigla GST. Si tratta di un materiale del quale abbiamo già avuto modo di parlare in passato e che viene largamente impiegato per la realizzazione dei media ottici riscrivibili, CD-RW e DVD-RW.

GST è un materiale a cambiamento di fase poiché quando è esposto al calore è in grado di variare dallo stato amorfo allo stato cristallino, cioè da una disposizione caotica del reticolo atomico ad una struttura ordinata e regolare. I due differenti stati sono caratterizzati da due differenti valori di resistenza alla corrente elettrica e riflettono la luce in maniera due modi diversi: sono queste proprietà che consentono al materiale di poter essere realizzato per dispositivi di memoria non volatile o per supporti riscrivibili, permettendo di conservare l’informazione in forma binaria.

Nonostante il GST sia utilizzato da circa due decenni, le precise meccaniche che sottendono alla variazione del reticolo atomico non sono chiare, poiché la variazione avviene in un tempo rapidissimo, nell’ordine dei nanosecondi. La ricerca di Ming Xu, studente del Dipartimento di Scienza ed Ingegneria dei Materiali alla Johns Hopkins Whiting School of Engineering, ha cercato proprio di fare luce su questo aspetto, utilizzando un metodo che potesse innescare una variazione più graduale.

I ricercatori hanno impiegato due punte diamantate per comprimere il materiale e, mediante un processo di diffrazione a raggi X ed una simulazione al computer hanno potuto documentare cosa è accaduto al materiale a livello atomico. In questo modo i ricercatori hanno scoperto la possibilità di regolare la resistenza elettrica del materiale nel tempo del passaggio tra i due stati.

En Ma, professore di Scienze ed Ingegneria dei Materiali e co-autore della pubblicazione su Proceedings della National Academy of Sciences, ha spiegato: “Invece di un passaggio dal bianco al nero è come avere numerosi toni di grigio nel mezzo. Con una gamma di resistenze si può avere molto più controllo, è possibile avere molti più stati e conservare molte informazioni”.

“Questo materiale a cambiamento di fase risulta più stabile dei materiali utilizzati negli attuali dispositivi flash. Opera 100 volte più velocemente e può essere riscritto per 100 mila volte. Nel giro di cinque anni potrebbe essere utilizzato per sostituire gli hard disk nei computer e per realizzare dispositivi di maggior capienza” ha invece commentato Xu, principale autore della pubblicazione.