Fysikere opdager ny magnetoelektrisk effekt

Elektricitet og magnetisme er nært beslægtede:El -ledninger genererer et magnetfelt, roterende magneter i en generator producerer elektricitet. Imidlertid, fænomenet er meget mere kompliceret:elektriske og magnetiske egenskaber ved visse materialer er også forbundet med hinanden. Nogle krystallers elektriske egenskaber kan påvirkes af magnetfelter - og omvendt. I dette tilfælde taler man om en "magnetoelektrisk effekt." Det spiller en vigtig teknologisk rolle, for eksempel i visse typer sensorer eller i søgen efter nye begreber for datalagring.

Der blev undersøgt et særligt materiale, som ved første øjekast, ingen magnetoelektrisk effekt ville overhovedet forventes. Men omhyggelige eksperimenter har nu vist, at effekten kan observeres i dette materiale, det fungerer kun helt anderledes end normalt. Det kan styres på en meget følsom måde:Selv små ændringer i magnetfeltets retning kan skifte materialets elektriske egenskaber til en helt anden tilstand.

Symmetri styrer koblingen

"Om en krystals elektriske og magnetiske egenskaber er koblet eller ej, afhænger af krystallens indre symmetri, "siger prof. Andrei Pimenov fra Institute of Solid State Physics ved TU Wien." Hvis krystallen har en høj grad af symmetri, for eksempel, hvis den ene side af krystallen er nøjagtigt spejlbilledet på den anden side, så kan der af teoretiske grunde ikke være nogen magnetoelektrisk effekt. "

Dette gælder for krystallen, som nu er blevet undersøgt detaljeret-en såkaldt langasit lavet af lanthan, gallium, silicium og ilt, dopet med holmiumatomer. "Krystalstrukturen er så symmetrisk, at den faktisk ikke bør tillade nogen magnetoelektrisk effekt. Og i tilfælde af svage magnetfelter er der faktisk ingen kobling overhovedet med krystalets elektriske egenskaber, "siger Andrei Pimenov." Men hvis vi øger magnetfeltets styrke, der sker noget bemærkelsesværdigt:Holmiumatomerne ændrer deres kvantetilstand og får et magnetisk øjeblik. Dette bryder krystallets indre symmetri. "

Rent geometrisk set, krystallen er stadig symmetrisk, men atomernes magnetisme skal også tages i betragtning, og det er det, der bryder symmetrien. Derfor kan krystallets elektriske polarisering ændres med et magnetfelt. "Polarisering er, når de positive og negative ladninger i krystallen forskydes en smule, med hensyn til hinanden, "forklarer Pimenov." Dette ville være let at opnå med et elektrisk felt - men på grund af den magnetoelektriske effekt, dette er også muligt ved hjælp af et magnetfelt. "

Det er ikke styrken, det er retningen

Jo stærkere magnetfelt, jo stærkere er dens virkning på elektrisk polarisering. "Forholdet mellem polarisering og magnetfeltstyrke er tilnærmelsesvis lineært, hvilket ikke er noget usædvanligt, "siger Andrei Pimenov." Hvad der er bemærkelsesværdigt, imidlertid, er, at forholdet mellem polarisering og magnetfeltets retning er stærkt ikke-lineært. Hvis du ændrer magnetfeltets retning lidt, polarisationen kan helt vælte. Dette er en ny form for den magnetoelektriske effekt, som ikke var kendt før. "Så en lille rotation kan afgøre, om magnetfeltet kan ændre krystallets elektriske polarisering eller ej.

Mulighed for nye lagringsteknologier

"Den magnetoelektriske effekt vil spille en stadig vigtigere rolle for forskellige teknologiske applikationer, "siger Andrei Pimenov." I et næste trin, vi vil forsøge at ændre magnetiske egenskaber med et elektrisk felt i stedet for at ændre elektriske egenskaber med et magnetfelt. I princippet, dette burde være muligt på nøjagtig samme måde. "

Hvis dette lykkes, det ville være en lovende ny måde at gemme data i faste stoffer. "I magnetiske hukommelser såsom computerharddiske, magnetfelter er nødvendige i dag, "Forklarer Pimenov." De genereres med magnetiske spoler, hvilket kræver en forholdsvis stor mængde energi og tid. Hvis der var en direkte måde at skifte magnetiske egenskaber for en solid state-hukommelse med et elektrisk felt, dette ville være et gennembrud. "