Forskning i bismuthferrit kan føre til nye typer elektriske apparater

Elektriske enheder, der bruges i dag, bruger ledende materialer til at lede elektroner, hvor de er nødvendige. Disse materialer skal fastgøres og isoleres for at holde elektriciteten på rette vej. Ny forskning fra University of Arkansas tager et væsentligt skridt i retning af en ny slags elektrisk enhed, som ville bruge de naturlige egenskaber af materialer som bismuthferrit, sammen med en anden type strøm, at sende strøm hurtigt gennem mindre, tættere kredsløb.

Sergey Prosandeev, en forskningsprofessor ved Institut for Fysik, arbejdet med Yurong Yang, forskningslektor; Charles Paillard, post ph.d.-stipendiat; og Laurent Bellaiche, Fornem professor. Deres resultater er offentliggjort i tidsskriftet npj Beregningsmaterialer .

Ved at bruge Arkansas High Performance Computing Center, disse forskere skabte simuleringer af bismuthferrit, en syntetisk, krystallinsk materiale. Bismuth ferrit er "multiferroisk, "hvilket betyder, at den har regioner, eller domæner, hvor molekylerne, der udgør dens krystallinske struktur, udviser et konsistent mønster af elektrisk polarisering, magnetisering og forskydning af ladede ioner. Grænserne mellem disse regioner kaldes domænevægge. Disse vægge er todimensionelle og meget smalle - de måles i tiendedele af nanometer.

I simuleringen, forskerne skabte en type strøm, kaldet forskydningsstrøm, ved at påføre et højfrekvent elektrisk felt til bismutferriten. I modsætning til den elektriske strøm, der produceres ved bevægelse af elektroner, forskydningsstrøm skyldes vibration af ioner som reaktion på et elektrisk felt. Forskerne fandt ud af, at forskydningsstrømmen, som er en vekselstrøm, eller AC, bevæger sig naturligt langs domænevæggene i vismutferriten, og de fandt også ud af, at den i størrelsesorden kan sammenlignes med jævnstrømmen, eller DC, bruges i øjeblikket i elektriske apparater.

Forskere kan skabe domæner og flytte domænevægge i multiferroiske materialer ved selektivt at anvende elektriske felter. Ved at demonstrere, at disse vægge kan bruges til at overføre forskydningsstrøm, denne forskning er et væsentligt skridt i retning af nye typer elektriske enheder.

Forskerne forklarede, at den kompakte natur af disse enheder ville tillade dem at være meget hurtige og meget små. "Dette åbner vejen mod design af hurtige elektroniske kredsløb i nanoskala, " sagde de i avisen.