研究成果

高強度テラヘルツパルスによる相変化材料の新たな結晶成長機構の発見 -ナノスケールの新規メモリデバイス開発に期待-


2018年10月22日


     廣理英基 化学研究所准教授(兼・物質-細胞統合システム拠点(iCeMS=アイセムス)連携准教授)、金光義彦 同教授、佐成晏之 同博士課程学生、田中耕一郎 理学研究科教授(兼・iCeMS連携主任研究者)らは、筑波大学、東海大学、産業技術総合研究所と共同で、高強度テラヘルツパルスを相変化材料GeSbTe化合物に照射すると、アモルファス状態からナノスケールで一次元的に結晶成長するメカニズムを発見しました。

     本研究成果は、2018年10月19日に、米国物理学会の学術誌「Physical Review Letters」に掲載されました。

    研究者からのコメント

     私たちの⾼強度テラヘルツ分光技術を使うことによって、産業的にも重要な電⼦材料における相変化現象において、熱的また電気的な働きを区別して理解することに成功しました。これにより、メモリのスイッチング動作において瞬間的に生じる高電場効果を明らかにし、またナノスケールという極めて小さな構造変化の誘起が可能なことを示すことに成功しました。本研究成果は、相変化メモリの小型化や高効率化にも重要な知見と考えられます。今後、さまざまな新規電子材料における高電場現象解明にも本プラットフォームを利用し、新機能の発現と物質制御の研究へと発展させます。

    概要

     相変化材料GeSbTe化合物(GST:Ge(ゲルマニウム)、Sb(アンチモン)、Te(テルル)の3元素からなる化合物)は、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として期待されている相変化メモリの記録材料です。

     本研究グループは、世界最高強度のテラヘルツパルスの発生技術を駆使することで、ピコ秒(1兆分の1秒)という非常に短い高電場パルスをGSTに加え、アモルファス状態(原子が不規則に並ぶ非結晶状態)から電場方向へ選択的にナノスケールの結晶を成長させることに成功し、さらに、このような現象が生じるメカニズムを解明しました。

     本研究成果は、メモリのスイッチング動作(結晶状態とアモルファス状態を電気的に切り替えること)において瞬間的に生じる高電場効果を明らかにし、またナノスケールという極めて小さな構造変化の誘起が可能なことを示したものであり、今後相変化メモリの小型化や高効率化につながることが期待されます。

    図:本研究のイメージ図

    詳しい研究内容について

    書誌情報

    【DOI】https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.165702

    【KURENAIアクセスURL】http://hdl.handle.net/2433/234728

    Yasuyuki Sanari, Takehiro Tachizaki, Yuta Saito, Kotaro Makino, Paul Fons, Alexander V. Kolobov, Junji Tominaga, Koichiro Tanaka, Yoshihiko Kanemitsu, Muneaki Hase, and Hideki Hirori (2018). Zener Tunneling Breakdown in Phase-Change Materials Revealed by Intense Terahertz Pulses. Physical Review Letters, 121(16):165702.


    高強度テラヘルツパルスによる相変化材料の新たな結晶成長機構の発見 -ナノスケールの新規メモリデバイス開発に期待-
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