1/2011

Supertietokone paljasti dvd-materiaalien
atomirakenteen

Prosessi

Kiteytymisprosessin malli AIST-seokselle dvd-levyissä. 

Tuore kansainvälinen tutkimus paljastaa AIST-seoksien kidemäisen ja amorfisen atomirakenteen yksityiskohdat sekä nopean rakennemuutoksen atomitason mekanismit ensimmäistä kertaa.

Musiikin ja elokuvien digitaalinen tallennus dvd-levyille on osa arkeamme. Tiedon tallennusprosessin fysikaaliset periaatteet atomitasolla ovat pysyneet hämärän peitossa viime aikoihin saakka. Suomalaisten, saksalaisten ja japanilaisten tutkijoiden ryhmä julkaisee uusimmassa Nature Materials -lehdessä uutta tietoa dvd-levyjen luku- ja kirjoitusprosessien atomitason ilmiöistä.

- Tutkimuksen myötä saavutettu uusi teoreettinen näkemys dvd-levyjen atomitason toimintaperiaatteista voi auttaa tallennusmateriaalien ja - menetelmien kehityksessä kohti pidempää elinikää, suurempaa tallennuskapasiteettia ja nopeampaa toimintaa, kertoo tutkimukseen osallistunut akatemiatutkija Jaakko Akola Tampereen teknillisen yliopiston fysiikan laitokselta.

Dvd-levyissä informaatio on tallennettu ohueen puolijohdekalvoon mikroskooppisten bittien muotoon, joista jokainen on alle 100 nanometriä halkaisijaltaan. Bittien sisäinen atomirakenne voi olla joko epäjärjestynyt eli amorfinen tai järjestynyt eli kidemäinen. Se voi muuttua näiden kahden olomuodon välillä muutaman nanosekunnin aikaskaalassa, kun materiaalia kuumennetaan nopealla laserpulssilla.

Kiteytymisprosessista

Yllä olevassa  kuvassa ylhäällä vasemmalla: laserpulssi (hν-nuoli) aiheuttaa poikkeaman keskimmäisen antimoniatomin sijainnissa, joka sen seurauksena vaihtaa kaksi sidosta naapureihinsa.

Oikeassa kulmassa ylhäällä vihreä nuoli, joka on kolmen punaisen sidoksen summa, muuttaa suuntaansa.

Kuvan alaosassa on kuvattuna yksittäisten liikahdusten sarja; se johtaa epäjärjestyneestä aineesta (vasen) kidemäiseen olomuotoon (oikea).

Yleisesti dvd- ja blu-ray-levyissä käytettävät seokset koostuvat germaniumista, antimonista ja telluurista. Kyseiset seokset merkitään lyhenteellä GST alkuaineiden ensimmäisten kirjaimien mukaan. Uudelleen
kirjoitettavissa dvd-levyissä (DVD±RW) puolestaan suosituimmat AIST-seokset sisältävät pienen määrän hopeaa ja indiumia sekä suuren osan antimonia ja telluuria. Kumpikin seosluokka sisältää antimonia ja
telluuria, ja niillä on paljon yhteisiä ominaisuuksia.

-Ultranopean rakennemuutoksen mekanismit poikkeavat kuitenkin toisistaan huomattavasti, Akola kertoo.

Atomien lumipalloefekti

AIST-seoksien atomirakenteen muutos epäjärjestyneestä kidemäiseksi etenee kidemäisen atomirakenteen ympäröimän bitin reunoilta keskustaa kohti. Tutkijoiden mukaan ilmiö johtuu paikallisesta sidoksenvaihtomekanismista, jossa epäjärjestyneen bitin yksittäisten atomien ympäristöt muuttuvat antimoniatomien pienten liikahdusten vaikutuksesta.

-Usean tällaisen liikahduksen sarja johtaa atomien yhteiseen uudelleenjärjestymiseen lumipallo-efektin tavoin, mikä ei vaadi materiaalilta merkittävää atomien kulkeutumista tai vapaata tilavuutta. Antimoniatomit, jotka laserpulssi virittää, ovat yksinkertaisesti vaihtaneet kahden olemassa olevan sidoksensa vahvuuksia toisikseen, josta sidoksenvaihtomalli onkin saanut nimensä.

Tutkimusryhmä käytti sekä teoreettisia että kokeellisia menetelmiä. Erittäin raskaat materiaalien atomi- ja elektronirakenteen simulaatiot suoritettiin IBM Blue Gene/P supertietokoneella Saksan valtion tutkimuskeskuksessa (Forschungszentrum Jülich), ja kokeellinen röntgenspektroskopia mitattiin japanilaisella synkrotronikiihdyttimellä (SPring-8), joka on maailman tehokkain laitteisto kyseiseen tarkoitukseen.

Suomen Akatemian ja Japan Science and Technology Agency'n rahoittamaan yhteistyöhankkeeseen osallistui myös teollisuuden edustajia Panasonicilta. Tutkittavat materiaalit ovat käytössä kaupallisissa tuotteissa, ja mitatut näytteet olivat peräisin Panasonicin tutkimuslaboratoriosta.

  Lähde: Suomen Akatemia

 

 

Kerro kaverille
Solun salaisuudet paljastuvat
Solun salaisuudet paljastuvat
1/2011
Solun salaisuudet paljastuvat
Moncef Gabbouj -  TTY:n akatemiaprofessori
Moncef Gabbouj -  TTY:n akatemiaprofessori
1/2011
Moncef Gabbouj -  TTY:n akatemiaprofessori
Älymonot museoitiin vaikka tekniikka on edellä aikaansa
Älymonot museoitiin vaikka tekniikka on edellä aikaansa
1/2011
Älymonot museoitiin vaikka tekniikka on edellä aikaansa
Kyky ajatella ei ole iästä kiinni
Kyky ajatella ei ole iästä kiinni
1/2011
Kyky ajatella ei ole iästä kiinni
Pirkanmaan innovaatioveturit rasvaavat rattaitaan
Pirkanmaan innovaatioveturit rasvaavat rattaitaan
1/2011
Pirkanmaan innovaatioveturit rasvaavat rattaitaan
Tieteellistä ajattelua ei voi opetella kirjasta
Tieteellistä ajattelua ei voi opetella kirjasta
1/2011
Tieteellistä ajattelua ei voi opetella kirjasta
Kohti hallittua teknologiansiirtoa
Kohti hallittua teknologiansiirtoa
1/2011
Kohti hallittua teknologiansiirtoa
Työkyky kohoaa kyykällä
Työkyky kohoaa kyykällä
1/2011
Työkyky kohoaa kyykällä
Harmaa eminessi muistelee
Harmaa eminessi muistelee
1/2011
Harmaa eminessi muistelee
TTY:ssä ennätysten vuosi uudistusten keskellä
TTY:ssä ennätysten vuosi uudistusten keskellä
1/2011
TTY:ssä ennätysten vuosi uudistusten keskellä

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi