Undersøgelse bruger et elektrisk felt til at skabe magnetiske egenskaber i ikke -magnetisk materiale

I en proof-of-concept undersøgelse offentliggjort i Naturfysik , forskere tegnede magnetiske firkanter i et ikke-magnetisk materiale med en elektrificeret pen og derefter "læste" denne magnetiske doodle med røntgenstråler.

Eksperimentet viste, at magnetiske egenskaber kan skabes og tilintetgøres i et ikke -magnetisk materiale med præcis anvendelse af et elektrisk felt - noget, forskere længe har søgt efter en bedre måde at gemme og hente oplysninger om harddiske og andre magnetiske hukommelsesenheder. Forskningen fandt sted på Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory og Korea Advanced Institute of Science and Technology.

"Det vigtige er, at det er reversibelt. Ændring af spændingen i det påførte elektriske felt afmagnetiserer materialet igen, "sagde Hendrik Ohldag, en medforfatter på papiret og forsker ved laboratoriets Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL), en DOE Office of Science brugerfacilitet.

"Det betyder, at denne teknik kan bruges til at designe nye typer hukommelseslagerenheder med yderligere lag af information, der kan tændes og slukkes med et elektrisk felt, frem for de magnetfelter, der bruges i dag, "Sagde Ohldag." Dette ville muliggøre mere målrettet kontrol, og ville være mindre tilbøjelige til at forårsage uønskede virkninger i omgivende magnetiske områder. "

"Dette eksperimentelle fund er vigtigt for at overvinde de nuværende vanskeligheder ved lagringsapplikationer, "sagde Jun-Sik Lee, en SLAC -videnskabsmand og en af ​​eksperimentets ledere. "Vi kan nu komme med en endelig erklæring:Denne tilgang kan implementeres til at designe fremtidige lagerenheder."

Opstilling af spins

Et materiales magnetiske egenskaber bestemmes af orienteringen af ​​elektronernes spins. I ferromagnetiske materialer, findes på harddiske, køleskabsmagneter og kompassnåle, alle elektronspins er opstillet i samme retning. Disse spins kan manipuleres ved at anvende et magnetfelt - vende dem fra nord til syd, for eksempel, at gemme oplysninger som enere og nuller.

Forskere har også forsøgt forskellige måder at skabe en "multiferroisk tilstand, "hvor magnetisme kan manipuleres med et elektrisk felt.

"Dette er blevet en af ​​de hellige graler i teknologien i løbet af det sidste årti, "Ohldag sagde." Der er undersøgelser, der har vist aspekter af denne multiferroiske tilstand før. Nyheden her er, at ved at designe et bestemt materiale, det lykkedes os både at skabe og eliminere magnetisme på en kontrolleret måde på nanoskalaen. "

Overblik mellem elektricitet og magnetisme

I dette studie, holdet startede med et antiferromagnetisk materiale - et, der har små pletter af magnetisme, der afbryder hinanden, så det generelt ikke virker som en magnet.

Både antiferromagneter og ferromagneter viser magnetiske egenskaber kun under en bestemt temperatur, og over den temperatur bliver de ikke-magnetiske.

Ved at designe et antiferromagnetisk materiale dopet med elementet lanthan, forskerne fandt ud af, at de kunne justere materialets egenskaber på en sådan måde, at elektricitet og magnetisme kunne påvirke hinanden ved stuetemperatur. De kunne derefter vende de magnetiske egenskaber med et elektrisk felt.

For at se disse ændringer, de indstillede et scanningsoverførselsrøntgenmikroskop ved SSRL, så det kunne detektere elektronernes magnetiske spin. Røntgenbillederne bekræftede, at magnetiseringen var sket, og var virkelig reversibel.

Næste, forskergruppen vil gerne teste andre materialer, for at se, om de kan finde en måde at gøre effekten endnu mere udtalt.