Матеріалу DVD-дисків знайшли роботу в нанофотонику

Фізики Інституту Фріца-Габера (Німеччина) виявили нові оптичні властивості у Ge₂Sb₂Te₅ (GST) - основного матеріалу DVD-дисків. Виявилося, що він здатний змінювати свою прозорість, не змінюючи своєї кристалічної структури. Робота опублікована в журналі а короткий виклад доступний на сайті товариства Макса Планка.

Автори роботи вивчали, як змінюються властивості матеріалу при переході з кристалічного в аморфний стан. Саме цей процес відповідає за запис інформації в DVD-дисках: під дією лазерного випромінювання невелика ділянка в матеріалі плавиться і затвердіває вже аморфним, змінюючи свою прозорість. В експерименті фізики опромінювали матеріал короткими імпульсами інфрачервоного лазера, тривалістю 35 фемтосекунд (в одній секунді мільйон мільярдів фемтосекунд), а після одночасно стежили за змінами в його структурі та оптичних властивостях.

Виявилося, що зміна прозорості приблизно на 30 відсотків відбувається в перші 100 фемтосекунд після ініціюючого імпульсу, в той же час структурні вимірювання настають лише через кілька пікосекунд (тисяч фемтосекунд). Потім відбувається подальше збільшення прозорості майже вдвічі.

Вчені пов'язують спостережуване явище з порушенням резонансного зв'язування в структурі матеріалу. Так називають зв'язки, в яких електрони пов'язують не два атоми, а ніби перескакують між великою кількістю атомів. Така ситуація виникає, коли в кристалічній решітці речовини є атоми з напівзаповненими p-орбіталями, розташованими поруч. Через свою розподіленість, резонансне зв'язування може бути дуже легко порушено, що і спостерігалося в експерименті. Теоретично, це означає, що можна досягти перемикання лише оптичних властивостей, не змінюючи впорядкування атомів.

За словами фізиків, матеріали з такими властивостями можуть бути корисні при створенні оптичних інтегральних систем, оскільки перемикання прозорості відбувається в них дуже швидко і при цьому не вимагає зміни структури речовини. Це важливо, оскільки зміни кристалічної структури неодмінно викликають дефекти в матеріалі, що зменшує термін його служби. Порівняно з відомим аналогічним ефектом у кремнієвих матеріалах, відбувається на порядок більша зміна діелектричної проникності.

Оптичні властивості матеріалів зазвичай пов'язують з їх кристалічною структурою. Існуючі способи перемикання оптичних властивостей пов'язані з різними фазовими переходами в речовині і хімічними перетвореннями. Нова робота демонструє виключення з цього правила.