Редкие свойства мультиферроика позволят создавать память и сенсоры следующего поколения

Исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории наблюдали новый способ, посредством которого магнитные и электрические свойства могут сосуществовать в специальном классе материалов. Эти материалы, известные как мультиферроики, мог послужить в качестве основы для следующей генерации более быстрой и энергоэффективной логики, памяти и сенсорной технологии.

Напомним, что ферромагнетиками называются материалы, которые обладают постоянным магнитным моментом. Сегнетоэлектрики – это материалы, которые показывают постоянную электрическую поляризацию (в определенной области температур), которая изменяет направление при приложении электрического поля.

«В принципе, связь между материалами с упорядоченными электрическими и магнитными свойствами может привести к очень полезным устройствам, - говорит д-р Стюарт Уилкинс (Stuart Wilkins) из Брукхейвена. – Например, можно вообразить устройство, в котором информация записывается с помощью электрического поля, а читается с помощью магнитного. В качестве запоминающего устройства, оно будет быстрее и энергоэффективнее, чем существующие сегодня».

Но мультиферроики, материалы с постоянным магнитным полем, которое может быть обращено с помощью электрического поля, в природе очень редки. Сегнетоэлектричество и магнетизм стремятся исключить друг друга и слабо взаимодействуют при сосуществовании.

Большинство моделей, используемых физиками для описания этой связи, базируются на идее нарушения расположения атомов, или кристаллической решетки магнитного материала, что может приводить к электрической поляризации.

Теперь ученые обнаружили новый способ, с помощью которого электрические и магнитные свойства могут сосуществовать в материале. Группа использовала сверхинтенсивный пучок синхротронного рентгеновского излучения для изучения электронной структуры специального окисла металла из иттрия, марганца и кислорода. Они обнаружили, что связь магнитного и электрического полей вызывается внешним облаком электронов, окружающих атом.

« Ранее этот механизм предсказывался только теоретически, и его существование активно обсуждалось», - сказал д-р Уилкинс.

В исследуемом материале электроны атомов марганца и кислорода смешивают атомные орбиты таким образом, что создают атомные связи. Измерения показали, что этот процесс зависит от магнитной структуры материала, которая в данном случае приводит к тому, что материал становится сегнетоэлектриком, то есть появляется электрическая поляризация. В других словах, любое изменение в магнитной структуре материала дает в результате изменение вектора электрической поляризации. По определению такие материалы называются мультиферроиками.