상 변화 반도체는 가열 시 비정질(비결정성 고체)과 결정 사이를 앞뒤로 전환할 수 있는 능력이 있다 . 그러한 능력은 두 개의 다른 상태를 이용하여 정보를 바이너리 형태로 쓸 수 있다는 이유로 말미암아 데이터 저장이나 컴퓨터 메모리 응용에 광범위하게 사용되고 있다. 현재 디스크 기술에 사용되는 상 변화 합금 중 하나는 게르마늄 안티몬 탤룰라이트(Ge2Sb2Te5, GST)이다. 연구진은 이 물질이 고유의 각운동량이나 물질에 존재하는 전자의 스핀을 이용하는 데이터 저장 방식인 스핀트로닉스 분야에 매우 유용할 것이라고 믿고 있다.

최근 연구에서는 GST 내의 원자가 특정 물질과의 안정적 결합을 자연스럽게 만들어 냄으로써, 고속 읽기/쓰기 저장에 유용한 영구적이고 안정적인 강자성 상태를 생성할 수 있다고 밝혔다. 그러나 지금까지 GST가 어떻게 안정적인 강자성 상태를 형성하는지는 명확하지 않았다. 현재 A*STAR 고성능 컴퓨터 연구소의 Kewu Bai는 A*STAR의 데이터 저장 연구진과 싱가포르 대학의 기술 및 설계 전문가들과 함께 GST에 관한 심도있는 연구와 함께 GST에 철이 도핑되었을 때, 안정적인 강자성 상태를 유지하는 능력에 관한 연구를 했다. “철과 같은 자기 원소를 반도체와 합금하는 것은 미래의 스핀트로닉스 응용에 필요한 물질을 제공할 수 있다는 점에서 중요하다. 우리는 금속과 상 변화 물질이 결합하면서 일어나는 강자성 과정에 관한 정보가 매우 부족하다. 왜냐하면, X-선 회절이나 전송 현미경, 그리고 X-선 흡수와 같이 일반적으로 사용되는 실험 기술이 물질의 미세구조를 특징 짖기에는 충분하지 않기 때문이다.”라고 Bai가 설명했다.

그 대신 연구진은 그들이 수행하는 실험의 유효성을 결정하기 위하여, 첫째 원리 계산을 사용했다. 첫째 원리 계산은 컴퓨터 모델의 적합한 매개 변수에 의존하기보다는, 연구 중인 화학적 구조의 고유한 자연의 법칙을 이용한다. 예를 들어, 전자의 움직임에 관한 법칙과 원자 사이에 일어나는 법칙을 결합하는 것이다. “우리는 GST 내의 철 분자가 선호하는 결합을 찾기 위하여 첫째 원리 계산을 이용하였으며, 강자성을 이끄는 메커니즘을 마침내 발견했다.”라고 Bai가 설명했다. 연구진은 철 분자가 GST 내의 안티몬 분자와의 결합을 선호한다는 것을 발견했다. 결정 단계에서의 특정 방향과 더불어, 철-안티몬 결합은 물질 내의 안정적인 강자성을 이끌어낸다. “우리는 다 기능적 상 변화 물질을 좀 더 연구하기 위하여, A*STAR의 데이터 저장 연구진과 긴밀한 협력 관계를 유지하고 있다. 우리는 GST 내에서의 강자성을 일으키는 또 다른 전이 물질을 찾기 위한 노력을 계속할 것이다.”라고 Bai가 설명했다.