“不是非结晶”--相变化记录原理新说

日本产业技术综合研究所（AIST）与美国Yeshiva大学、美国华盛顿大学、日本高辉度光科学研究中心（JASRI）组成的联合小组在ISOM'04上针对相变化记录原理发表了演讲。其实，这一成果在英国《自然》杂志所属的《自然材料》2004年第10期上发表后已经引起了很大反响，但这次是首次在演讲中提出，因此同样引起了轰动。

相变化记录利用的是非结晶相和结晶相的相变化，这已经成为定论。如相变化光盘就是用激光照射结晶状态下的记录膜使之熔化，然后再进行快速冷却。这样在熔融状态下就来不及结晶，原子就排放在随机位置上以非结晶状态固化，从而形成记录标志。而该小组此次披露的新学说认为，在写入时记录材料不是呈非结晶状态，而是仍维持着结晶结构。发表者滔滔不绝的演讲，再加上令人眼花缭乱的演示效果，台下观众全都看得入了迷。

保持环状单元构造

相变化材料有很多种类，此次用于结晶构造分析的是最具有代表性的Ge2-Sb2-Te5类材料。DVD-RAM等用的就是这类材料。通过名为“XAFS（X-ray absorption fine structure）”和“XANES（X-ray absorption near-edge structure）”的方法对这类材料的原子分布等进行了分析。在分析时利用了设置在兵库县的放射光设备“SPring-8”和设在茨城县的放射光设备“光子工厂”。

在这里我们将原来的非结晶相称为“结晶相A”、原来的结晶相称为“结晶相B”，对发表内容做一说明。有2项要点：

（1）无论是结晶相A还是结晶相B，都保持一个中空带电的环状单元结构（Ge原子-Te原子-Sb原子-Te原子-Ge原子-Te原子-Sb原子-Te原子）（图1），这一单元结构上下左右联接，形成结晶。

（2）结晶相A与结晶相B的区别实际上只是Ge原子稍微移动跃迁到另外一种稳定状态。

在结晶相B中，Ge原子与相邻的6个Te原子结合起来形成6个配位（3个弱键与3个强键），而在结晶A中Ge原子移动2位，跃迁为4配位（4个强键）。从结晶相B到结晶相A的相变化只需提供将弱键断开的能量即可，因此可以得出相变化记录只需很少能量即可实现高速记录的结论。

图1：环状单元结构的平面图。结晶构造与所谓的“NaCl型结构”（Na离子与Cl离子立体交互配置的结晶构造）一样，但图中的原子位置稍微偏离格子位置，显得有点儿斜