Улучшая электронную память

Редкое сочетание электрических и магнитных свойств в готовом для производства материале может улучшить устройства электронной памяти.

Электрическое поле может перемещать облако электронов, окружающее каждый атом в твердом теле. В эффекте, известном как поляризация, центр облака слегка смещается относительно положительно заряженных ядер, что радикально изменяет оптические свойства твердого тела. Материалы, которые могут сохранять состояние поляризации даже при отсутствии внешнего электрического поля, известны как сегнетоэлектрики, и они могут дать новое направление в создании высокоплотных устройств памяти.

«Функции сегнетоэлектриков намного расширяются, если они имеют также и магнитные свойства, и если имеется сильная связь между поляризацией и намагничиванием», - пояснил Ясухиро Тагучи (Yasujiro Taguchi) из Института передовых исследований RIKEN в Wako. Тагучи с коллегами из RIKEN и из нескольких других исследовательских институтов недавно экспериментально продемонстрировали, что комплекс стронций-барий-манганит ((Sr,Ba)MnO₃) обладает этим редким сочетанием свойств.

Предыдущее экспериментальное изучение этого материала не показало признаков сегнетоэлектрика, которые предсказывало теоретическое исследование. Проблема заключалась в неудовлетворительном соотношении атомов бария и стронция: традиционная техника выращивания кристаллов давала материал с максимальным соотношением 1:4. Поэтому Тагучи с коллегами разработали новую двухстадийную технику роста, которая позволила им увеличить содержания бария до 50%. Сравнивая свойства кристаллов с разным содержанием бария, они обнаружили переход в состояние сегнетоэлектрика при содержании бария между 40 и 45%%.

Комплекс стронций-барий-манганит имеет структуру кристалла типа перовскита, которая характеризуется повторяющейся кубической структурой. Атомы магния располагаются в центре кристалла, а атомы кислорода располагаются посередине каждой из шести граней. В каждой вершине куба располагаются либо атомы стронция, либо атомы бария. Спин электронов в ионах марганца делает кристалл магнитным. Свойства сегнетоэлектрика возникают вследствие того, что ионы марганца слегка смещаются от центра куба.

Материалы, которые обладают магнитными и сегнетоэлектрическими свойствами называются мультиферроиками. Мультиферроики, идентифицированные до сих пор, имели либо сильную связь между электричеством и магнетизмом, но слабую поляризацию, либо сильную поляризацию, но слабую связь.

«Мы теперь открыли мультиферроик, который обладает и сильной связью и сильной поляризацией, - сказал Тагучи. – Эти свойства необходимы для использования подобных материалов в устройствах. Одним из примеров таких устройств является память с низким потреблением энергии».

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365