Nach diesem Modell für das Funktionieren der phase-change Materialien sind also nicht nur zwei, sondern mit der Schmelze sogar drei Phasen beteiligt! Leider erklärt dieses Modell einige sehr wichtige Details nicht, zum Beispiel die hohe erreichbare Geschwindigkeit des Schreibvorgangs: bei den heute verwendeten Datenraten bleiben nur ca. zehn Nanosekunden für den Schmelz- und Abkühlvorgang!
Ein echtes Aufschmelzen des Materials in diesem Zeitfenster ist eigentlich unvorstellbar, die Zeit reicht einfach nicht für die auf atomarer Ebene nötigen Restrukturierungen. Eine andere ungeklärte Frage ist, warum nur wenige, ganz bestimmte Materialien diese hohen Geschwindigkeiten und zudem die erwünschte hohe Zyklenzahl (ca. zehn Millionen Phasenwechsel) und thermische Stabilität des amorphen Zustands (der ja immerhin auch das Auslesen mit dem Laser beliebig oft überstehen soll) erreichen können.
Die zwei wichtigsten verwendeten Materialien sind beide Telluride, weshalb auch oft von Chalcogenide phase change media die Rede ist; es handelt sich zum einen um eine Ag-In-Sb-Te–Legierung (Ag = Silber, In = Indium, Sb = Antimon, Te = Tellur), zum anderen um eine Verbindung der Zusammensetzung Ge2Sb2Te5 (Ge = Germanium), die nach den Anfangsbuchstaben der beteiligten Elemente oft mit GST abgekürzt wird.
Bezüglich dieses letzteren Materials GST ist nun im Oktober 2004 im Journal NatureMaterials eine Arbeit erschienen, die Licht in das Dunkel bringt und die Wissenschaft aus der etwas peinlichen Situation befreit, dass die theoretischen Grundlagen einer funktionierenden und millionenfach verkauften Technologie unverstanden sind.
In ihrem Artikel Understanding the phase-change mechanism of rewritable optical media (NatureMaterials 2004, 3, 703-708) gehen die Autoren A.V. Kolobov et al. vom gängigen Strukturmodell für kristallines, kubisches Ge2Sb2Te5 aus, es handelt sich um die in Abb. 2 dargestellte, wohlbekannte Kochsalzstruktur, in welcher die Chloridpositionen durch Tellur, die Natriumpositionen durch Germanium und Antimon ersetzt sind. Wie man an der Summenformel außerdem erkennen kann, gibt es zusammen weniger Ge und Sb als Te, weshalb 20 Prozent der Positionen im Natriumteilgitter einfach unbesetzt bleiben.
Bildnachweis:
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