Lo studio degli effetti della dimensionalità ridotta sulle proprietà dei materiali, nei sistemi le cui dimensioni sono inferiori al centinaio di nanometri, è fondamentale per la comprensione di molti fenomeni fisici che non avvengono su scala macroscopica.
In particolare, al disotto di una dimensione critica, i materiali nanostrutturati possono cristallizzare in fasi che sono metastabili nel bulk o, nei casi più estremi, manifestare polimorfi mai osservati, le cui proprietà possono differire profondamente da quelle delle fasi convenzionali.
Pertanto, la scoperta, la caratterizzazione e l'ingegnerizzazione di tali fasi possono aprire la strada a nuove tipologie di dispositivi, con prospettiva di utilizzo dei materiali nanostrutturati a livello industriale.
Il nostro lavoro [1] mostra come l'utilizzo della tecnica HAADF-STEM (High Angle Annular dark Field- Scanning Transmission Electron Microscopy) combinato con le simulazioni del contrasto delle immagini, permetta l'identificazione di fasi metastabili presenti all'interno di nanofili di GeSbTe (GST), un materiale comunemente impiegato nella realizzazione di celle di memoria a cambiamento di fase [2] candidate a sostituire in un prossimo futuro le memorie di tipo FLASH.
Lo studio ha riguardato le due leghe di GST maggiormente utilizzate per la realizzazione di dispositivi di memoria, il Ge1Sb2Te4 e il Ge2Sb2Te5. Secondo i dati di letteratura, tali leghe cristallizzano in un reticolo romboedrico nel quale gli atomi di Sb e Ge occupano siti reticolari distinti. Al contrario, il nostro lavoro dimostra che, nei nanofili, le due specie chimiche occupano indifferentemente le due posizioni reticolari, risultando in una lega disordinata ma mantenendo inalterate le proprietà di cambiamento di fase [3].
Tale risultato è del tutto inatteso poiché la configurazione disordinata, energeticamente sfavorita, è instabile e pertanto non è mai stata osservata in materiali massivi.
Lo studio dei composti GST e IST (InSbTe) e delle loro applicazioni è inserito nel progetto SYNAPSE (Synthesis and functionality of chalcogenide Nanostructures for Phase change memories), FP7 Collaborative Project coordinato da M. Longo, Laboratorio MDM, Agrate Brianza; http://synapse.mdm.imm.cnr.it/
1- E. Rotunno, L. Lazzarini, M. Longo, V. Grillo. Crystal structure assessment of Ge-Sb-Te phase change nanowires, Nanoscale, 5, 1557, (2013)
2- P.H.S. Wong, S. Raoux, SB Kim, J. Liang, J.P. Reifenberg, B. Rajendran, M. Asheghi, K.E. Goodson. Phase Change Memory. IEEE proceedings, 98, 12 (2010)
3- M. Longo, R. Fallica, C. Wiemer, O. Salicio, M. Fanciulli, E. Rotunno, L. Lazzarini. Metal Organic Chemical Vapor Deposition of Phase Change Ge1Sb2Te4 Nanowires. Nanoletters, 12, 1509 (2012)
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