Chen, Yudong and Yang, Qun and Wang, Jiangjing and Dimitriadis, Theodoros and Schumacher, Mathias and Zhang, Huiru and Müller, Maximilian J. and Amini, Narges and Yang, Fan and Schoekel, Alexander and Pries, Julian and Mazzarello, Riccardo and Wuttig, Matthias and Yu, Haibin and Wei, shuai (2022) Highly tunable β-relaxation enables the tailoring of crystallization in phase-change materials. Nature Communications, 13, p. 7352. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41467-022-35005-x. ISSN 2041-1723.
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Official URL: https://www.nature.com/articles/s41467-022-35005-x
Abstract
In glasses, secondary (β-) relaxations are the predominant source of atomic dynamics. Recently, they have been discovered in covalently bonded glasses, i.e., amorphous phase-change materials (PCMs). However, it is unclear what the mechanism of β-relaxations is in covalent systems and how they are related to crystallization behaviors of PCMs that are crucial properties for non-volatile memories and neuromorphic applications. Here we show direct evidence that crystallization is strongly linked to β-relaxations. We find that the β-relaxation in Ge15Sb85 possesses a high tunability, which enables a manipulation of crystallization kinetics by an order of magnitude. In-situ synchrotron X-ray scattering, dielectric functions, and ab-initio calculations indicate that the weakened β-relaxation intensity stems from a local reinforcement of Peierls-like distortions, which increases the rigidity of the bonding network and decreases the dynamic heterogeneity. Our findings offer a conceptually new approach to tuning the crystallization of PCMs based on manipulating the β-relaxations.
Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/194077/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Title: | Highly tunable β-relaxation enables the tailoring of crystallization in phase-change materials | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Authors: |
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Date: | 29 November 2022 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Journal or Publication Title: | Nature Communications | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume: | 13 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.1038/s41467-022-35005-x | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Page Range: | p. 7352 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Publisher: | Nature Publishing Group | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 2041-1723 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | β-relaxation, phase-change materials | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program Themes: | Research under Space Conditions | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Program: | R FR - Research under Space Conditions | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research theme (Project): | R - Material Design and New Materials | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Location: | Köln-Porz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institutes and Institutions: | Institute of Materials Physics in Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited By: | Yang, Fan | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited On: | 28 Feb 2023 06:54 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Last Modified: | 28 Feb 2023 06:54 |
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