FRG: Structural Phase Transformations in Polymorphic Nanostructures

FRG:多晶型纳米结构中的结构相变

基本信息

  • 批准号:
    1206960
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 61万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-09-01 至 2016-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Technical Description: This project aims to understand the underlying mechanisms of crystalline-amorphous and polymorphic crystalline-crystalline phase transformations in phase-change nanostructure materials, particularly In2Se3 nanowires, and to understand the multi-level phase-change memory switching process. Specific tasks include (1) understanding the thermodynamics of phase transformations by constructing the temperature-pressure phase diagram; (2) investigating the phase transformation kinetics; (3) establishing the structure-property relation; and (4) elucidating the multiphysics process that underlies the multi-level memory switching. The approach combines experimental and theoretical investigations. The experimental approach utilizes a combination of transmission electron microscopy, Raman and infrared spectroscopy, x-ray diffraction, and multi-functional scanning probe microscopy techniques, with the capability to adjust the temperature and pressure in situ. Complementing the experimental aspect, the theory component based on first-principles calculations investigates the phase stability and its dependence on temperature and pressure, kinetic pathways of the phase transformation, and phase-specific electronic structures and physical properties.Non-technical Description: This project provides a fundamental insight into the structural phase transformation in a technologically important phase-change material. Compared to current mainstream non-volatile memory technologies, such as the Flash memory, phase-change memory offers faster random access time, higher endurance and scalability to the 10-nm range. The knowledge acquired in this study establishes a fundamental basis for developing next-generation non-volatile phase-change memory with multi-level storage capabilities in a single material system. This project provides training opportunities for undergraduate and graduate students, including those who are members of underrepresented groups. A new seminar course focusing on providing a coherent understanding of phase-change nanomaterials is developed and is team-taught by the PIs. The outreach to the general public is facilitated by developing visual materials, including images and movies, which are posted on YouTube. These materials are a part of the Explore Nano! exhibit in a local science museum.
技术描述:该项目旨在了解晶体变形纳米结构材料(尤其是In2Se3纳米线)中晶体 - 不明和多态性晶体晶体相变的潜在机制,并了解多级相位相位 - 变化记忆转换过程。特定任务包括(1)通过构建温度压力相图来了解相变的热力学; (2)研究相变动力学; (3)建立结构 - 秘密关系; (4)阐明基于多级内存切换的多物理过程。该方法结合了实验和理论研究。实验方法利用了透射电子显微镜,拉曼和红外光谱,X射线衍射以及多功能扫描探针显微镜技术的组合,以及能够调节温度和压力原位的能力。与实验方面相辅相成,基于第一原理计算的理论成分研究了相位稳定性及其对温度和压力的依赖性,相变的动力学途径以及相位特异性的电子结构和物理性能。非技术描述:该项目提供了对技术重要相位构造的结构相变的基本见解。与当前主流的非易失性内存技术(例如闪存)相比,相位变化存储器提供更快的随机访问时间,更高的耐力和可扩展性到10 nm范围。在这项研究中获得的知识为开发下一代非易失性相位变化记忆的基本基础,具有单个材料系统中多层存储能力。该项目为本科生和研究生提供了培训机会,包括那些代表人数不足的人。开发了一项新的研讨会课程,旨在提供对相变纳米材料的连贯理解,并由PIS教授。通过开发YouTube上发布的视觉材料(包括图像和电影)来促进与公众的宣传。这些材料是探索纳米的一部分!在当地科学博物馆展出。

项目成果

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