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Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2881(2023) 이 기사 인용

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전기적, 광학적 또는 자기적 특성의 뚜렷한 대비를 통해 서로 다른 두 상태 사이의 신속한 전환을 보여주는 상변화 물질은 현대 광자 및 전자 장치에 필수적입니다. 현재까지 이 효과는 Se, Te 또는 둘 다를 기반으로 하는 칼코게나이드 화합물에서 관찰되었으며, 가장 최근에는 화학양론적 Sb2S3 조성에서 관찰되었습니다. 그러나 현대 포토닉스 및 전자 장치에 대한 최고의 통합성을 달성하려면 혼합 S/Se/Te 상 변화 매체가 필요하며, 이는 유리체 상 안정성, 방사선 및 감광성, 광학 갭과 같은 중요한 물리적 특성에 대한 넓은 조정 범위를 허용합니다. , 전기 및 열 전도성, 비선형 광학 효과 및 나노 규모의 구조적 변형 가능성. 이 연구에서는 Sb가 풍부한 등가 칼코게나이드(S, Se 및 Te를 동일한 비율로 함유)에서 200°C 미만에서 열적으로 유도된 고저항에서 저저항으로 전환하는 것이 입증되었습니다. 나노 규모 메커니즘은 Ge와 Sb 원자의 사면체와 팔면체 배위 사이의 상호 교환, 가장 가까운 Ge 환경에서 S 또는 Se에 의한 Te의 치환, 추가 어닐링 시 Sb-Ge/Sb 결합 형성과 관련됩니다. 이 물질은 칼코게나이드 기반 다기능 플랫폼, 뉴로모픽 계산 시스템, 광자 장치 및 센서에 통합될 수 있습니다.

칼코게나이드 상변화 물질(PCM)은 비정질 상태와 결정질 상태 사이를 전환하는 동안 고유한 동작으로 알려져 있습니다1,2,3. 나노초 단위로 발생하는 광학 및 전자 전송 특성의 뚜렷한 변화는 데이터 저장 장치, 재구성 가능한 메타 광학, 광학 스위치, 조정 가능한 방출기 및 흡수 장치, 비휘발성 포토닉스, 심지어 뉴로모픽 광 컴퓨팅에서도 PCM의 많은 응용 분야의 기반을 이끌었습니다. 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12. 적당히 상승된 온도에서 발생하는 고저항 상태와 전도성 상태 사이의 빠르고 가역적인 전환(일반적으로 저항률은 몇 자릿수 크기로 변경됨)은 차세대 메모리 장치에 특히 흥미를 끕니다. 현재까지 연구는 주로 경계 Ge-Te(예: GeTe) 및 Sb-Te(공융 Sb69Te31, Sb40Te60 또는 유사) 화합물을 포함하여 구성 요소의 농도가 서로 다른 3원 Ge-Sb-Te(GST) 조성의 PCM에 중점을 두었습니다. ,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. 최근 이 매트릭스에 Se를 도입하면 PCM의 Ge-Sb-Se-Te(GSST) 제품군이 발견되었습니다. 여기서 전기적 및 광학적 특성 모두에서 만족스러운 상 변화 메모리 효과가 크게 개선된 유리 형성의 장점과 결합되었습니다. 1.0–18.5 μm 파장 범위4에서 능력 및 광학 투명성을 제공합니다. 원칙적으로 이 결과는 다중 칼코게나이드 시스템에서 Te가 Se로 대체될 때 예상되는 동작을 따릅니다. 또한 다양한 칼코겐화물의 응용 및 물리적 특성 분석을 통해 각 칼코겐 유형(S, Se 또는 Te)이 화합물에 고유한 기능을 제공한다는 것을 알 수 있습니다17,18,19,20. 따라서 Se를 조성물에 첨가하는 주요 추진 요인은 향상된 유리 형성 능력과 일반적으로 더 높은 광학 투명성입니다17,18,19; Te는 원자가 변경을 촉진하는 것으로 알려져 있으므로 가능한 구조적 동기와 결정화 친화력의 다양성을 증가시킵니다. S는 일반적으로 외부 요인에 대한 감도를 향상시키거나 비선형 광학 효과를 향상시키는 데 사용됩니다. 이러한 추세에 따라 Se 및 Te와 함께 황을 PCM 구성에 포함하면 이 종류의 재료에서 지금까지 탐색되지 않은 새로운 기능을 추가할 수 있다고 주장할 수 있습니다. 이러한 가정은 향상된 메타 디스플레이(Sb2S3 및 Sb2Se3)를 위한 전환 가능, 고포화, 고효율 및 고해상도 동적 메타 픽셀을 위한 투시 매체로 제안된 황화물 및 셀렌화물을 포함하는 안티몬 및 게르마늄의 최근 르네상스를 기반으로 합니다. )25, 레이저 조사(SbSI)26,27, 3D 도파관(Ge23Sb7S70)28, 고체 리튬 배터리(Ga2S3 수정된 Ge33S67)29 및 유리-온-그래핀 포토닉스30에서 단결정 경로 형성. 최근 Sb2S3 및 Sb2Se3 화합물도 상변화 메모리 효과를 갖는 것으로 입증되었습니다31,32. 이러한 모든 발전은 상대적으로 넓은 광학 간격, 높은 굴절률, 낮은 광학 손실 및 외부 요인에 대한 높은 감도와 같은 황화물의 고유한 물리적 특성으로 인해 가능해졌습니다. 황화물 기반 칼코게나이드 유리는 다양한 희토류 이온에 대한 만족스러운 용해도를 가지므로 광섬유 증폭기 및 에너지 변환 장치 응용 분야에 적합합니다.