Кластеризация наночастиц фазоизменяемого материала Ge2Sb2Te5, полученных методом лазерно-индуцированного переноса
А.А. Бурцев1, В.А. Михалевский1, В.В. Ионин1, А.А. Невзоров1, А.В. Киселев1, М.Р. Конникова1, Н.Н. Елисеев1, А.А. Лотин1,2
1 ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
2 ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.598
Оригинальная статья
Аннотация: В работе представлены экспериментальные результаты по синтезу наночастиц фазоизменяемого материала Ge2Sb2Te5 методом прямого лазерно-индуцированного переноса. В качестве донорного материала использовались тонкие пленки, полученные методом термического вакуумного осаждения, в качестве акцептора – кремниевые пластины. Лазерно-индуцированный перенос осуществлялся импульсным лазерным излучением суб-наносекундной длительности. Анализ морфологии, топологии и размеров полученных наночастиц проводился с помощью растровой электронной микроскопии. Анализ особенностей кластеризации проводился на основе уравнения Ланжевена. Показано, что наибольшее значение на формирование кластеров оказывает температурный режим при лазерном переносе, что объясняется тем, что кристаллические фазы исследуемого материала являются высокотемпературными. Результаты работы показывают возможность создания элемента на основе наночастиц с определенным распределением и размерами, как технологическую альтернативу устройствам на основе тонких пленок. Использование наночастиц позволит добиться энергетической эффективности, большей гибкости и плавности переключения, а также даст возможность реализовать нейроморфные и стохастические вычисления. Управляемая кластеризация позволит создавать переключаемые элементы с заданными свойствами, которые могут быть недоступны при использовании архитектур на основе тонких пленок.
Ключевые слова: халькогениды, фазоизменяемые материалы, наночастицы, кластеризация, лазерно-индуцированный перенос, фазовые переходы
- Бурцев Антон Андреевич – научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Михалевский Владимир Александрович – научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Ионин Виталий Вячеславович – научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Невзоров Алексей Алексеевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Киселев Алексей Владимирович – к.ф.-м.н., старший научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Конникова Мария Руслановна – младший научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Елисеев Николай Николаевич – младший научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Лотин Андрей Анатольевич – к.ф.-м.н., заместитель руководителя отделения, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», заместитель директора департамента научно-технический политики ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева»
Ссылка для цитирования:
Бурцев, А.А. Кластеризация наночастиц фазоизменяемого материала Ge2Sb2Te5, полученных методом лазерно-индуцированного переноса / А.А. Бурцев, В.А. Михалевский, В.В. Ионин, А.А. Невзоров, А.В. Киселев, М.Р. Конникова, Н.Н. Елисеев, А.А. Лотин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 598-605. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.598. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Zhang, W. Designing crystallization in phase-change materials for universal memory and neuro-inspired computing/ W. Zhang, R. Mazzarello, M. Wuttig, E. Ma // Nature Reviews Materials. – 2019. – V. 4. – I. 3. – P. 150-168. DOI: 10.1038/s41578-018-0076-x.
2. Phase change materials. science and applications / ed. by S. Raoux, M. Wutting. – New York: Springer Science+Business Media, LLC, 2009. – 450 p. DOI: 10.1007/978-0-387-84874-7.
3. Kolobov, A.V. Chalcogenides: metastability and phase change phenomena / A.V. Kolobov, J. Tominaga. – Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2012. – XVI, 284 p. DOI: 10.1007/978-3-642-28705-3.
4. Козюхин, С.А. Материалы фазовой памяти и их применение / С.А. Козюхин, П.И. Лазаренко, А.И. Попов, И.Л. Еременко // Успехи химии. – 2022. – Т. 91. – Вып. 9. – Статья № RCR5033. – 39 с. DOI: 10.1070/RCR5033.
5. Burtsev, A.A. Physical properties’ temperature dynamics of GeTe, Ge2Sb2Te5 and Ge2Sb2Se4Te1 phase change materials / A.A. Burtsev, N.N. Eliseev, V.A. Mikhalevsky et al. //Materials Science in Semiconductor Processing. – 2022. – V. 150. – Art. № 106907. – 8 p. DOI: 10.1016/j.mssp.2022.106907.
6. Abdollahramezani, S. Tunable nanophotonics enabled by chalcogenide phase-change materials / S. Abdollahramezani, O. Hemmatyar, H. Taghinejad et al. // Nanophotonics. – 2020. – V. 9. – I. 5. – P. 1189-1241. DOI: 10.1515/nanoph-2020-0039.
7. Wuttig, M. The science and technology of phase change materials / M. Wuttig, S. Raoux // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. – 2012. – V. 638. – I. 15. – P. 2455-2465. DOI: 10.1002/zaac.201200448.
8. Ovshinsky, S.R. Optical cognitive information processing–a new field / S.R. Ovshinsky // Japanese Journal of Applied Physics. – 2004. – V. 43. – I. 7B. – P. 4695-4699. DOI: 10.1143/JJAP.43.4695.
9. Papandreou, N. Multilevel phase-change memory / N. Papandreou, A. Pantazi, A. Sebastian, M. Breitwisch, C. Lam, H. Pozidis, E. Eleftheriou // 17th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems, 12-15 December 2010 Athens, Greece. – New York, IEEE Publ., 2010. – P. 1017-1020. DOI: 10.1109/ICECS.2010.5724687.
10. Casarin, B. Ultralow-fluence single-shot optical crystalline-to-amorphous phase transition in Ge–Sb–Te nanoparticles / B. Casarin, A. Caretta, B. Chen et al. // Nanoscale. – 2018. – V. 10. – I. 35. – P. 16574-16580. DOI: 10.1039/c8nr04350g.
11. Caretta, A. Ultrafast response of Ge2Sb2Te5 nanoparticles: the benefits of low energy amorphization switching with the same read/write speed of bulk memories / A. Caretta, B. Casarin, B. Chen et al. // APL Materials. – 2023. – V. 11. – Art. № 071117. – 5 p. DOI: 10.1063/5.0156207.
12. Meister, S. Synthesis and characterization of phase-change nanowires / S. Meister, H. Peng, K. McIlwrath, et al. // Nano Letters. – 2006. – V. 6. – I. 7. – P. 1514-1517. DOI: 10.1021/nl061102b.
13. Nevzorov, A.A. Chaotic computing cell based on nanostructured phase-change materials / A.A. Nevzorov, A.A. Burtsev, A.V. Kiselev et al. //Journal of Computational Electronics. – 2024. – V. 23. – I. 6. – P. 1448-1454. DOI: 10.1007/s10825-024-02221-1
14. Суздалев, И.П. Нанотехнология: Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / И.П. Суздалев. – М.: URSS, 2017. – 592 с.
15. Sarwat, S.G. Materials science and engineering of phase change random access memory / S.G. Sarwat // Materials Science and Technology. – 2017. – V. 33. – I. 16. – P. 1890-1906. DOI: 10.1080/02670836.2017.1341723.
16. Бурцев, А.А. Получение наночастиц фазоизменяемого материала Ge2Sb2Te5 методом прямого лазерно-индуцированного переноса / А.А. Бурцев, В.А. Михалевский, А.А. Невзоров и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2024. – Вып. 16. – С. 612-620. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.612.
17. Хакен, Г. Синергетика: Принципы и основы. Перспективы и приложения / Г. Хакен. – М.: URSS, 2015. – 448 с.
18. Elder, K. Langevin simulations of nonequilibrium phenomena / K. Elder, H. Gould, J. Tobochnik // Computers in Physics. – 1993. – V. 7. – I. 1. – P. 27-33. DOI: 10.1063/1.4823138.