Устройства, как правило, хранят эту информацию двумя способами: с помощью электрических полей (подумайте о флеш-накопителе) или с помощью магнитных полей (например, вращающегося жесткого диска компьютера). У каждого метода есть свои преимущества и недостатки. Однако в будущем наша электроника сможет использовать лучшее из каждого.«Есть интересная концепция», — говорит Чанг-Беом Эом, профессор Теодора Х. Гебалле и заслуженный профессор материаловедения и инженерии Харви Д. Спенглера в Университете Висконсин-Мэдисон. «Можете ли вы объединить эти два разных способа хранения информации?
Можно ли использовать электрическое поле для изменения магнитных свойств? Тогда у вас может быть маломощное многофункциональное устройство. Мы называем это« магнитоэлектрическим »устройством».В исследовании, опубликованном недавно в журнале Nature Communications, Эом и его сотрудники описывают не только свой уникальный процесс создания высококачественного магнитоэлектрического материала, но и то, как и почему он работает.
Магнитоэлектрические материалы, которые обладают как магнитными, так и электрическими функциями, или «порядками», — уже существуют. Переключение одной функции вызывает изменение другой.
«Это называется перекрестной связью», — говорит Эом. «Тем не менее, как они скрещиваются, не совсем понятно».Для того, чтобы понять это, говорит он, необходимо изучить, как изменяются магнитные свойства при приложении электрического поля. До сих пор это было сложно из-за сложной структуры большинства магнитоэлектрических материалов.
В прошлом, говорит Эом, люди изучали магнитоэлектрические свойства, используя очень «сложные» материалы или те, которые не имеют однородности. В своем подходе Эом упростил не только исследование, но и сам материал.Опираясь на свой опыт в выращивании материалов, он разработал уникальный процесс, использующий атомные «ступени», чтобы направлять рост однородной монокристаллической тонкой пленки феррита висмута.
Сверху он добавил кобальт, который обладает магнитными свойствами; на дно он поместил электрод из рутената стронция.Материал феррита висмута был важен, потому что он значительно облегчил Эому изучение фундаментальной магнитоэлектрической кросс-связи.«Мы обнаружили, что в нашей работе, благодаря нашей единой области, мы действительно могли видеть, что происходит, используя несколько методов зондирования или визуализации», — говорит он. «Механизм является внутренним.
Он воспроизводим, а это означает, что вы можете сделать устройство без какого-либо ухудшения и предсказуемым образом».Чтобы в реальном времени отобразить изменение электрических и магнитных свойств, Эом и его коллеги использовали мощные синхротронные источники света в Аргоннской национальной лаборатории за пределами Чикаго, а также в Швейцарии и Великобритании.«Когда вы переключаете его, электрическое поле переключает электрическую поляризацию. Если оно« вниз », оно переключается« вверх », — говорит он. «Связь с магнитным слоем затем меняет свои свойства: магнитоэлектрическое запоминающее устройство».
Это изменение направления позволяет исследователям предпринять следующие шаги, необходимые для добавления в материал программируемых интегральных схем — строительных блоков, составляющих основу нашей электроники.Однородный материал позволил Эому ответить на важные научные вопросы о том, как происходит магнитоэлектрическая перекрестная связь, а также он может позволить производителям улучшить свою электронику.
«Теперь мы можем разработать гораздо более эффективное, действенное и маломощное устройство», — говорит он.