Brug af elektricitet til at skifte magnetisme

På TU Wien, forskere har taget et stort skridt i retning af at forbinde elektriske og magnetiske materialeegenskaber, hvilket er afgørende for mulige anvendelser inden for elektronik.

Det er ikke ligefrem en ny åbenbaring, at elektricitet og magnetisme er tæt forbundet. Og stadigvæk, magnetiske og elektriske effekter er blevet undersøgt separat i nogen tid nu inden for materialevidenskab. Magnetiske felter vil normalt blive brugt til at påvirke magnetiske materialeegenskaber, mens elektriske egenskaber kommer ned til elektrisk spænding. Så har vi multiferroics – en særlig gruppe af materialer, der kombinerer de to. I en ny udvikling, TU Wien har formået at bruge elektriske felter til at styre de magnetiske svingninger af visse jernholdige materialer. Dette har åbnet et enormt potentiale for computerteknologiapplikationer, da data i øjeblikket overføres i form af elektriske signaler, men lagres magnetisk.

Elektriske og magnetiske materialer:poler adskilt

Inden for området faststoffysik, der er ofte tale om at arbejde med materialeegenskaber, der kan påvirkes af enten magnetiske eller elektriske felter. Som hovedregel, magnetiske og elektriske effekter kan studeres separat, fordi deres årsager er helt forskellige. Magnetiske effekter opstår, fordi partikler har en indre magnetisk retning kaldet 'spin', hvorimod elektriske effekter skyldes positive og negative ladninger i et materiale, der kan skifte position i forhold til hinanden.

"Når det kommer til materialer med meget specifikke rumlige symmetrier, imidlertid, de to kan kombineres, " forklarer professor Andrei Pimenov fra Institute of Solid State Physics ved TU Wien. Han har forsket i denne specielle form for materiale - 'multiferroics' - i en årrække nu. Multiferroics anses i øjeblikket for at være et lovende nyt område indenfor faststoffysik på global skala.Interessante eksperimenter er allerede blevet udført for at forske i, hvordan magnetiske og elektriske effekter kan forbindes, og nu har Pimenov og hans team af forskere formået at bruge elektriske felter til at styre de højfrekvente magnetiske svingninger i et materiale, der består af af jern, bor og sjældne jordarters metaller for første gang.

"Materialet indeholder jernatomer, som er tredobbelt positivt ladede. De har et magnetisk moment, der oscillerer med en frekvens på 300 GHz, " siger Pimenov. "Der er ingen tvivl om, at disse svingninger kunne styres ved hjælp af et magnetfelt. Men det, vi har formået at demonstrere, er, at disse svingninger kan ændres på en målrettet måde ved hjælp af et elektrisk felt." Det betyder, at en dynamisk magnetisk effekt - jernatomernes magnetiske oscillationstilstand - kan aktiveres eller deaktiveres ved hjælp af en statisk elektrisk Mark.

Magnetisk datalagring, elektrisk skrift

Denne udvikling er særlig interessant for fremtidige elektronikapplikationer:"Vores harddiske lagrer data magnetisk, men det er utroligt svært at skrive data hurtigt og præcist på samme måde, " siger Pimenov. "Det er så meget nemmere at anvende et elektrisk felt med præcision, da alt hvad du behøver er en simpel spændingsimpuls. Processen er meget hurtig og involverer ikke noget væsentligt tab af energi." Men nu kunne vi potentielt have mulighed for at bruge materialer, der kombinerer magnetiske og elektriske effekter for at samle fordelene ved magnetisk lagring og elektrisk skrivning.