Spintronics af straintronics:Skift af superferromagnetisme med elektrisk felt-induceret belastning

At skifte magnetiske domæner i magnetisk hukommelse kræver normalt magnetiske felter genereret af elektriske strømme, kræver derfor store mængder elektrisk strøm. Nu, hold fra Frankrig, Spanien og Tyskland har demonstreret gennemførligheden af ​​en anden tilgang på nanoskala:"Vi kan inducere magnetisk orden på et lille område af vores prøve ved at anvende et lille elektrisk felt i stedet for at bruge magnetiske felter, "Dr. Sergio Valencia, HZB, siger.

Prøverne består af en kileformet polykrystallinsk jern tynd film aflejret på toppen af ​​en BaTiO ₃ substrat. BaTiO ₃ er et velkendt ferroelektrisk og ferroelastisk materiale:Et elektrisk felt er i stand til at forvrænge BaTiO ₃ gitter og inducerer mekanisk belastning. Analyse ved elektronmikroskopi afslørede, at jernfilmen består af bittesmå nanokorn (diameter 2, 5 nm). I sin tynde ende, jernfilmen er mindre end 0,5 nm tyk, giver mulighed for lav dimensionalitet af nanokornene. På grund af deres lille størrelse, de magnetiske momenter af jernnanokornene er uordnede i forhold til hinanden, denne tilstand er kendt som superparamagnetisme.

På X-PEEM-Beamline på BESSY II, forskerne analyserede, hvad der sker med den magnetiske rækkefølge af disse nanokorn under et lille elektrisk felt. "Med X-PEEM kan vi kortlægge den magnetiske rækkefølge af jernkornene på et mikroskopisk niveau og observere, hvordan deres orientering ændrer sig, mens vi in-situ anvender et elektrisk felt, " siger Dr. Ashima Arora, der lavede de fleste eksperimenter under sin ph.d. afhandling. Deres resultater viser, at det elektriske felt inducerede en belastning på BaTiO ₃ , og denne stamme blev overført til jernnanokornene på toppen af ​​den. Derefter, tidligere superparamagnetiske områder af prøven skiftede til en ny tilstand. I denne nye tilstand, de magnetiske momenter af jernkornene er alle justeret i samme retning, altså et kollektiv, langtrækkende ferromagnetisk orden kendt som superferromagnetisme.

Forsøgene blev udført ved en temperatur lidt over stuetemperatur. "Dette lader os håbe, at fænomenet kan bruges til design af nye kompositmaterialer (bestående af ferroelektriske og magnetiske nanopartikler) til spin-baserede lager- og logiske arkitekturer med lav effekt, der fungerer under omgivende forhold, " siger Valencia.

Styring af magnetiske bits i nanoskala i magnetiske tilfældige hukommelsesenheder ved hjælp af elektrisk felt-induceret belastning alene er kendt som straintronics. Det kunne tilbyde en ny, skalerbar, hurtigt og energieffektivt alternativ til nutidens magnetiske hukommelser.