セミナー・シンポジウム Seminars & Symposium

【7/19】第8回「AIMRセミナー」のご案内

講演者

Dr. Shuai Wei（デンマーク オーフス大学）

講演題目

Amorphous phase-change materials: linking local structures to thermodynamics and relaxation behaviors

日時

2024年7月19日（金）14:00～14:55

会場

AIMR本館 2階セミナールーム

講演要旨

Amorphous phase-change materials (PCMs) (e.g. Ge-Sb-Te) belong to a family of functional materials for novel electronic and photonic applications. PCMs can be rapidly and reversibly switched between amorphous and crystalline phases. With large optical and electric property contrast between the two phases, they can be used to encode data for non-volatile memory, photonic, and neuromorphic computing devices. However, due to their disordered structures and poor glass forming ability, the amorphous phases are not well characterized, and a better understanding of structure-property relations is an urgency for the relevance of applications.

In this work, we demonstrate structure, thermodynamics, and relaxation behaviors of amorphous PCMs over 14 orders magnitude in timescale and a thousand degree of temperature. In amorphous solid, we show how thermal annealing and pressure may induce and diminish local distortions of defective octahedral structures (Peierls-like distortion), which drastically alter materials properties (e.g. stability, crystallization, compressibility, electronic density of states). Above the glass transition temperature, materials enter a metastable supercooled liquid state, where thermodynamic anomalies are uncovered and associated with dynamic crossovers and switching behaviors. We show the evidence of a liquid-liquid transition in the metastable state with femtosecond diffractions using X-ray free electron lasers (XFEL). At higher temperature above the melting point, the density fluctuations of liquid state exhibit ultrafast structural relaxations. We demonstrate an experimental strategy to directly observe atomic-scale relaxations using femtosecond X-ray photon correlation spectroscopy by harnessing the coherent X-rays of XFEL. The fast atomistic dynamics is underlying the low viscosity and high fragility behaviour of PCM liquids. We will also briefly discuss the Boson peak in low-temperature heat capacity and development of new PCM alloys. A better understanding of amorphous PCMs may lead to the tailoring of materials properties for novel applications in photonic, and neuromorphic computing devices.

• [1] S. Wei, P. Lucas, and C. A. Angell, Phase-Change Materials: The View from the Liquid Phase and the Metallicity Parameter, MRS Bulletin 44, 691 (2019).
• [2] T. Fujita et al., Pressure-Induced Reversal of Peierls-like Distortions Elicits the Polyamorphic Transition in GeTe and GeSe, Nat Commun 14, 1 (2023).
• [3] Y. Cheng et al., Highly Tunable β-Relaxation Enables the Tailoring of Crystallization in Phase-Change Materials, Nature Communications 13, 7352 (2022).
• [4] P. Zalden et al., Femtosecond X-Ray Diffraction Reveals a Liquid–Liquid Phase Transition in Phase-Change Materials, Science 364, 1062 (2019).
• [5] S. Wei, P. Lucas, and C. A. Angell, Phase Change Alloy Viscosities down to Tg Using Adam-Gibbs-Equation Fittings to Excess Entropy Data: A Fragile-to-Strong Transition, J. Appl. Phys. 118, 034903 (2015).
• [6] S. Wei, Anomalous Liquids on a New Landscape: From Water to Phase-Change Materials, Journal of Non-Crystalline Solids: X 14, 100094 (2022).

AIMRセミナーとFriday Tea Time

AIMRは融合研究推進のための取り組みに力を入れており、その一環としてAIMRセミナーとFriday Tea Timeを開催しています。

AIMRセミナーでは、AIMR所属の研究者やAIMRを訪問中の研究者に、材料科学から数学にいたる幅広い分野についてホットな話題を提供いただきます。自分の研究の枠を越えてお互いの研究を知ることで、その後のコミュニケーションや議論へ繋がることを狙いとしています。

毎週金曜日に開催するFriday Tea Timeでは、リラックスした雰囲気の中、研究者やスタッフの垣根なくAIMRのメンバーがコーヒーを片手に語り合います。何気ない会話から研究者同士の化学反応が生まれることが期待されます。

2024年からは、AIMRセミナーとFriday Tea Timeの相乗効果によって、活発な融合研究を推進していきます。

これまでのAIMRセミナー

第7回	2024年7月5日	Henning Schomerus 教授（イギリス ランカスター大学）
第6回	2024年5月10日	紅林 秀和 教授（イギリス ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン）
第5回	2024年5月1日	Michael Hirscher 教授（ドイツ マックス・プランク知的システム研究所）
第4回	2024年4月26日	Konstantinos Danas 教授（東北大学 日仏ジョイントラボラトリー（ELyTMaX））
第3回	2024年3月13日	富安 亮子 教授（九州大学 マス・フォア・インダストリ研究所）
第2回	2024年1月26日	Michael I. Ojovan 教授（イギリス インペリアル・カレッジ・ロンドン）
第1回	2024年1月12日	Dr. William Chuck Witt（イギリス ケンブリッジ大学）

Tea Time Talk について

第43回	2023年7月21日	Feral Temelli 教授（カナダ アルバータ大学）
第42回	2023年6月30日	Douglas Brumley 講師（オーストラリア メルボルン大学）
第41回	2023年3月28日	田中 求 教授（ドイツ ハイデルベルク大学・物理化学研究所）
第40回	2022年11月10日	吉村 昌弘 教授（台湾 国立成功大学）
第39回	2022年6月17日	Rana Mohtadi 教授（アメリカ トヨタ北米先端研究所）
第38回	2022年6月10日	Michael Hirscher 教授（ドイツ マックス・プランク知的システム研究所）
第37回	2022年6月3日	小田 玲子 教授（フランス フランス国立科学研究センター）
第36回	2021年5月28日	Magda Titirici 教授（イギリス インペリアル・カレッジ・ロンドン）
第35回	2021年3月26日	Yaroslav Blanter 教授（オランダ デルフト工科大学）
第34回	2020年10月23日	塚越 一仁 博士（MANA / 国立研究開発法人物質・材料研究機構）
第33回	2020年7月17日	玉田 薫 教授（先導物質化学研究所 / 九州大学）
第32回	2020年1月17日	山内 美穂 教授（I2CNER / 九州大学）
第31回	2020年1月17日	Mickaël Lallart 教授（フランス INSA Lyon / リヨン大学）
第30回	2019年10月25日	Frédéric Gillot 准教授（フランス エコール・サントラル・ドゥ・リヨン）
第29回	2019年7月12日	Qian Niu 教授（アメリカ テキサス大学オースティン校）
第28回	2019年5月17日	Damien Fabrègue 教授（フランス INSA Lyon / ELyT MaX Lab at Tohoku University）
第27回	2018年12月14日	求 幸年 教授（東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻）
第26回	2018年7月13日	小野 新平 博士（一般財団法人電力中央研究所）
第25回	2018年5月11日	Pierre-Antoine Geslin 博士（フランス Mateis lab, INSA Lyon/CNRS・ELyTMaXLab at Tohoku University・東北大学金属材料研究所）
第24回	2018年4月27日	塚田 捷 特任教授（東北大学AIMR）
第23回	2017年12月8日	Jean-Yves Cavaillé 教授（フランス INSA Lyon / ELyT MaX Lab at Tohoku University）
第22回	2017年7月28日	Nicolas Mary 教授（フランス INSA Lyon / ELyT MaX Lab at Tohoku University）
第21回	2017年7月21日	Gael Sebald 教授（フランス NSA Lyon / ELyT MaX Lab at Tohoku University）
第20回	2017年7月7日	Arun Bansil 教授（アメリカ ノースイースタン大学）
第19回	2017年6月30日	中西 毅 博士（産業技術総合研究所、産総研・東北大数理先端材料モデリングオープンイノベーションラボラトリ（MathAM-OIL））
第18回	2017年6月23日	Denis Arčon 教授（Jožef Stefan Institute, Slovenia）
第17回	2017年4月28日	平野 愛弓 教授（東北大学AIMR）
第16回	2016年11月29日	David Guy Austing 博士（カナダ カナダ国立研究機構）
第15回	2016年9月30日	C. Suryanarayana 教授（アメリカ セントラルフロリダ大学）
第14回	2016年6月17日	福村 知昭 教授（東北大学AIMR）
第13回	2016年5月13日	Jean-Yves Cavaillé 教授（ELyT MaX（東北大学に設置のジョイントラボ), フランス リヨン大学）
第12回	2015年6月26日	B. Muralidharan 博士（インド インド工科大学ボンベイ）
第11回	2014年6月27日	Michael B. Santos 教授（アメリカ オクラホマ大学）
第10回	2013年11月19日	Pawel Hawrylak 博士（カナダ カナダ国立研究機構）
第9回	2013年10月1日	Yuan T. Lee 博士（台湾 台湾中央研究院・1986年ノーベル化学賞受賞者）
第8回	2013年6月28日	Bjorn Mysen 博士（アメリカ カーネギー研究所・地球物理学研究施設）
第7回	2013年4月12日	Yiming Li 教授（台湾 国立交通大学）
第6回	2013年1月18日	Tomasz Dietl 教授（ポーランド ポーランド科学アカデミー）
第5回	2012年8月31日	John H. Perepezko 教授（アメリカ ウィスコンシン大学マディソン校）
第4回	2012年8月17日	Alain Reza Yavari 教授（フランス グルノーブル工科大学）
第3回	2012年8月10日	Alan Lindsay Greer 教授（イギリス ケンブリッジ大学）
第2回	2012年7月6日	Winfried Teizer 教授（アメリカ テキサスA&M大学）
第1回	2012年5月25日	Thomas P. Russell 教授（アメリカ マサチューセッツ大学アマースト校）

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