饒峰教授于2019年6月14日在Science發(fā)表論文，題為Catching structural transitions in liquids. Rao et al., Science 364, 1032–1033 (2019).
論文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/364/6445/1032
相變隨機(jī)動態(tài)存儲器（Phase-change random-access memory，PCRAM）是最具潛力的新一代非易失性存儲器，在革新現(xiàn)有馮諾依曼計算體系架構(gòu)、實(shí)現(xiàn)人工智能神經(jīng)元計算方面已成為業(yè)界、學(xué)界的研究熱點(diǎn)。PCRAM最顯著的特性在于高操作速度且數(shù)據(jù)非易失性：高溫（600-700 K）下，相變存儲材料可實(shí)現(xiàn)納秒乃至亞納秒級高速晶化；而在室溫（300 K）下，非晶態(tài)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)十年以上的穩(wěn)定保持。這說明相變材料的過冷液相（supercooled liquid phase）在玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg與熔點(diǎn)Tm之間存在著巨大的動力學(xué)變化（kinetics change），然而這種動力學(xué)反差的微觀結(jié)構(gòu)起源卻始終是個謎。這是因為，相變材料快速的（納秒-亞納秒）晶化特性致使探測其過冷液相中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變（Liquid-liquid phase transition，LLPT）變得極具挑戰(zhàn)，需采用超快（飛秒級）時間分辨手段方能在晶化發(fā)生之前捕捉結(jié)構(gòu)信息。
通過采用飛秒級同步輻射硬X射線衍射技術(shù)，Zalden等人發(fā)現(xiàn)AgInSbTe、Ge15Sb85兩種典型的相變材料的過冷液相中存在一種LLPT，即短程序上存在Peierls distortion增大（原立方晶格八面體中六個較均一的化學(xué)鍵分裂為三長三短鍵），以及中程序上的相對應(yīng)的化學(xué)鍵的長短調(diào)制。過冷液相在淬火過程中，經(jīng)歷此LLPT后，原子間電子局域化程度增強(qiáng)，致使液相體系更加粘滯（原子遷移受阻）：即LLPT之前高溫的脆性（fragile）液相轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>LLPT之后低溫的剛性（strong）液相，證實(shí)此LLPT正是過冷液相動力學(xué)轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu)誘因，發(fā)生了Fragile-to-strong crossover。這一發(fā)現(xiàn)揭示了相變存儲材料高溫高速晶化且低溫數(shù)據(jù)非易失特性的物理本質(zhì)，為設(shè)計性能更為優(yōu)良的新型相變材料提供了強(qiáng)大的實(shí)驗檢驗武器；有助于加快發(fā)展基于PCRAM的高性能通用型存儲器與類腦神經(jīng)元計算器件。
該工作獲得了國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金項目、廣東省基礎(chǔ)研究重大項目、深圳市基礎(chǔ)研究布局與自由探索項目的資助。深圳大學(xué)材料學(xué)院為本論文第一通訊單位；材料學(xué)院饒峰教授為本論文第一、通訊作者，西安交通大學(xué)張偉教授與美國約翰霍普金斯大學(xué)馬恩教授為共同通訊作者。
饒峰教授關(guān)于高性能緩存型超快（亞納秒級）相變存儲材料ScSbTe的研究工作發(fā)表在2017年11月Science上：Reducing the stochasticity of crystal nucleation to enable sub-nanosecond memory writing. Rao et al., Science 358, 1423–1427 (2017). ScSbTe材料的超快（亞納秒級）晶化與非易失性特性同樣得益于潛在LLPT誘發(fā)的動力學(xué)Fragile-to-strong crossover。
