图示描绘了这种形状的钻石探头，可用来施加压力，他们发现，有一些重要的新特性存在于存储介质锗锑碲合金中。插图代表非晶锗锑碲合金的原子结构。来源：约翰霍普金斯大学
这项研究4月16日发表在国家科学院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences）网络版，题为《压力调节电阻率采用四个量级的非晶锗锑碲相变记忆合金》（Pressure tunes electrical resistivity by four orders of magnitude in amorphous Ge2Sb2Te5 phase-change memory alloy）。
这项研究集中探讨一种廉价的相变存储合金，这种合金包含锗（germanium），锑（antimony），碲（tellurium），称为GST（锗锑碲），这是它的缩写。这种材料已用于可擦写光碟，包括CD-RW和DVD-RW光盘。但是，用钻石探头工具给这种材料施加压力时，约翰霍普金斯大学领导的研究小组发现了一些新的电阻特性，可以使锗锑碲合金更有用，用于计算机和电子行业。
“这种相变存储材料更加稳定，胜过目前的闪存驱动器使用的材料。它的运行速度加快100倍，大约可擦写10万次，”这项研究的牵头作者徐明（Ming Xu）说，他是约翰霍普金斯大学淮汀工程学院（Whiting School of Engineering）材料科学和工程系博士生。“大约五年之内，它就可以用来取代计算机中的硬盘驱动器，带来更多的内存。”
锗锑碲合金被称为相变材料，因为受热时，锗锑碲合金区域会改变，从非晶状态，就是原子没有有序排列的状态，改变为结晶状态，原子就会整齐地排列成长长的序列。在非晶状态，锗锑碲合金的电阻更高。在结晶状态，电阻下降。这两种状态的反光也不同，这样，DVD表面的读取就可以采用微激光。这两种状态代表1和0，就是计算机的语言。
虽然这种相变材料已经使用了至少二十年，但是，它的准确机制，也就是从一种状态转变为另一种状态的机制仍然是一个谜，因为它的转变非常快，只有几纳秒，原因就是材料被加热。
为了解开这个谜，徐明和他的研究小组采用另一种方法，逐渐触发变化。研究人员用两个钻石探头压缩材料。他们采用的工艺名为X-射线衍射（X-ray diffraction）和计算机模拟，可以记录材料在原子尺度发生了什么变化。研究人员发现，在从非晶形态转变为结晶形态的这段时间，他们可以“调整”这种材料的电阻率。
“不是从黑变白，而像是出现一些阴影或灰色阴影，就在它们之间，”徐明博士的导师恩马（En Ma）说，他是材料科学与工程教授，也是论文的合著者。“因为具有广泛的电阻，因此就可以有更多的控制。如果有多个状态，那就可以存储更多的数据。”
这项研究的资金来自美国能源部，海军研究办公室，美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）等。
