Системы с изменением фазового состояния носителя.

Руководящая идея этого подхода заключается в том, чтобы локально изменить фазовое состояние носителя, сохранять эту фазу как угодно долго, обнаруживать и считывать записанный бит сколько угодно раз без разрушения информации и при необходимости стирать ее, т.е. возвращать материал в исходное фазовое состояние.

Наиболее удобный и освоенный к настоящему времени фазовый переход «кристалл-аморф» уже используется в самых совершенных на сегодняшний день перезаписываемых (RW) компакт-дисках формата DVD. Вкратце принцип их действия заключается в следующем. Первоначально носитель (обычно многокомпонентный сплав с температурой плавления около 500⁰ С) находится в кристаллическом состоянии. С целью записи бита информации сфокусированный лазерный пучок коротким импульсом быстро нагревает небольшой участок носителя до температуры выше точки плавления T_m (рис. 4). После выключения света начинается интенсивный теплоотвод в окружающие холодные слои материала, и температура разогретого участка начинает падать с высокой скоростью (более 10⁹ К/с в реальных условиях).

Рис. 4. Принципиальная схема записи, считывания и стирания информации в среде, испытывающей фазовый переход. T_m, T_r и T_R – температура плавления, рекристаллизации и окружающей среды соответственно.

Высокая скорость охлаждения обусловлена малыми размерами перегретой области (R~100 нм), что в соответствии с соотношением τ ≈ R²/χ дает время охлаждения τ ≈ 10 нс (здесь χ – коэффициент температуропроводности материала матрицы). Это приводит к фиксации атомной структуры жидкости и затвердеванию расплава в аморфном состоянии. Такое состояние имеет отличные от кристаллического оптические, электрические и другие характеристики. Фактически происходит запоминание бита информации, не требующее в дальнейшем затрат энергии для своего сохранения. Считывание происходит с помощью лазерного пучка меньшей интенсивности, которая не разрушает аморфного состояния. Для стирания этого бита необходимо снова разогреть соответствующий участок, но теперь до температуры рекристаллизации и дождаться полного перехода аморфной фазы в кристаллическую.

Аморфизация при быстром охлаждении из расплава происходит в большом числе многокомпонентных сплавов по достижении критической скорости охлаждения V_с. Однако очень немногие сплавы обладают ярко выраженной разницей в оптических свойствах в кристаллическом и аморфном состоянии, не создают больших остаточных напряжений в матрице, рекристаллизуются с высокой скоростью при повышенной температуре, но сохраняют аморфное состояние при комнатной температуре длительное время. Такой набор свойств, в частности, имеет тройной сплав GeSbTe. И закалка из расплава, и рекристаллизация аморфизированного участка в процессе стирания бита занимает в нем около 10 нс при достигнутой плотности записи ~ 1 Б/мкм² (~ 100 МБ/см²).

Дальнейшее увеличение плотности записи (вплоть до 10 ГБ/см²) может быть достигнуто при использовании техники сканирующих зондовых микроскопов, использующих ближнее поле излучателя SNОM (рис. 3).