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二维受限结构触发相变材料过冷液相区脆度强弱转变
作者: irglass 时间: 2020-10-19 浏览:1,078 次

       近日,我室研究生张倩(第一作者)和指导老师陈益敏及沈祥研究员(共同通讯作者)在Scripta Materialia上在线发表了题为“Can two-dimensional confinement trigger the fragile-to-strong crossover in phase-change supercooled liquids” 的论文(2021,192:89-93,IF=5.079)。

       相变材料的过冷液相区脆度强弱转变(FSC)行为可以有效缓解其热稳定性和结晶速率之间的矛盾。然而,很多材料不具备明显的FSC行为,比如传统的Ge2Sb2Te5和GeTe。我们通过磁控溅射周期堆垛构建[GeTe(7nm)/ W(6nm)]20多层薄膜(如图1所示),并结合闪速DSC以及广义Mauro-Yue-Ellison-Gupta-Allan粘度模型,研究发现二维受限GeTe材料在其过冷液相区出现明显的FSC行为,其FSC发生温度处在深过冷区(537 K)且转变幅度达到2。如图2所示,这种FSC行为使得GeTe结晶激活能显著增加(近Tg),但仍具备快速结晶能力(在0.84Tm处具有最大结晶速率3.2 m s-1)。上述研究表明以W作为非相变层介质的二维受限GeTe材料会产生明显的FSC行为,使其具备近Tg处的高热稳定性和近Tm处的快速结晶能力,这为解决传统相变材料的高热稳定性和快结晶速率不能共存的矛盾提供了新思路。

图1 [GeTe(7nm)/ W(6nm)] 20薄膜的剖面图,暗层和亮层分别为GeTe层和W层,厚度分别为7 nm和6 nm,周期数为20,最后一层为GeTe。

图2 [GeTe(7nm)/ W(6nm)] 20及其他相变材料的(a) Angell图和 (b) 温度依赖的结晶速率图。