Gennemgang af multiferroics for fremtiden, lavenergi datalagring

, En ny UNSW -undersøgelse gennemgår omfattende den magnetiske struktur af multiferroisk materiale bismutferrit (BiFeO3 — BFO).

Gennemgangen fremskynder FLEETs søgning efter lavenergielektronik, at samle den nuværende viden om den magnetiske rækkefølge i BFO -film, og give forskere en solid platform til at videreudvikle dette materiale i lavenergimagnetoelektriske minder.

BFO er unik ved, at den viser både magnetisk og elektronisk bestilling (dvs. er 'multiferroisk') ved stuetemperatur, muliggør lavenergiskift i datalagringsenheder.

Multiferroics:kombineret magnetisk og elektronisk bestilling til lavenergi datalagring

Multiferroics er materialer, der har mere end én 'ordensparameter'.

For eksempel, et magnetisk materiale viser magnetisk rækkefølge:du kan forestille dig, at materialet består af masser af pænt arrangeret (bestilt), små magneter.

Nogle materialer viser elektronisk orden - en egenskab kaldet ferroelektricitet - som kan betragtes som den elektriske ækvivalent til magnetisme.

I et ferroelektrisk materiale, nogle atomer er positivt ladede, andre er negativt ladede, og den måde, hvorpå disse atomer er arrangeret i materialet, giver en specifik ordre til ladningen i materialet.

I naturen, en lille brøkdel af kendte materialer besidder både magnetisk og ferroelektrisk orden (som det er tilfældet for BFO) og betegnes således som multiferroiske materialer.

Koblingen mellem magnetisk og ferroelektrisk orden i et multiferroisk materiale låser interessant fysik op og åbner vejen for applikationer såsom energieffektiv elektronik, for eksempel i ikke-flygtige hukommelsesenheder.

Undersøgelser på FLEET fokuserer på den potentielle anvendelse af sådanne materialer som en omskiftningsmekanisme.

Lagringen af ​​data på traditionelle harddiske er afhængig af at skifte hver bit magnetiske tilstand:fra nul, til en, til nul. Men det tager en relativt stor mængde energi at generere det magnetiske felt, der kræves for at opnå dette.

I en 'multiferroisk hukommelse, 'koblingen mellem den magnetiske og ferroelektriske orden kan muliggøre' vende 'af bitens tilstand ved elektrisk felt, frem for et magnetfelt.

Elektriske felter er meget mindre energisk dyre at generere end magnetfelter, så multiferroisk hukommelse ville være en betydelig gevinst for elektronik med ultra-lav energi, et centralt mål i FLEET.

BFO:Et unikt multiferroisk materiale

Bismutferrit (BFO) er unik blandt multiferroics:dets magnetiske og ferroelektriske vedvarer op til stuetemperatur. De fleste multiferroics udviser kun begge ordreparametre ved langt under stuetemperatur, hvilket gør dem upraktiske for lavenergi-elektronik.

(Det nytter ikke noget at designe lavenergi-elektronik, hvis det koster dig mere energi at afkøle systemet, end du sparer i drift.)

Den nye UNSW -undersøgelse gennemgår den magnetiske struktur af bismuthferrit; i særdeleshed, når det dyrkes som et tyndt enkelt krystallag på et substrat.

Papiret undersøger BFO's komplicerede magnetiske rækkefølge, og de mange forskellige eksperimentelle værktøjer, der bruges til at undersøge og hjælpe med at forstå det.

Multiferroics er et udfordrende emne. For eksempel, for forskere, der forsøger at komme ind på feltet, det er meget svært at få et fuldstændigt billede af magnetismen i BFO fra en hvilken som helst reference.

"Så, vi besluttede at skrive det, "siger Dr. Daniel Sando." Vi var i den perfekte position til at gøre det, da vi havde alle informationerne i hovedet, Stuart skrev et litteraturanmeldelseskapitel, og vi havde den kombinerede nødvendige fysikbaggrund til at forklare de vigtige begreber på en tutorial-stil måde. "

Resultatet er et omfattende, komplet, og detaljeret gennemgangsartikel, der vil tiltrække betydelig opmærksomhed fra forskere og vil tjene som en nyttig reference for mange.

Medlederforfatter Dr. Stuart Burns forklarer, hvad nye forskere inden for multiferroics vil få ud af artiklen:

"Vi strukturerede anmeldelsen som en start-pakke, der er bygget til dit eget eksperiment:læsere vil blive taget igennem BFO's kronologi, et udvalg af teknikker til brug (ved siden af ​​fordele og faldgruber ved hver) og forskellige interessante måder at ændre fysikken i spillet. Med disse stykker på plads, eksperimentelle vil vide, hvad de kan forvente, og kan fokusere på at konstruere nye lavenergienheder og hukommelsesarkitekturer. "

Den anden hovedforfatter, Oliver Paull, siger "Vi håber, at andre forskere inden for vores område vil bruge dette arbejde til at uddanne deres studerende, lære nuancerne i materialet, og have en one-stop referenceartikel, der indeholder alle relevante referencer-sidstnævnte i sig selv et yderst værdifuldt bidrag. "

Prof Nagy Valanoor tilføjede "Det mest tilfredsstillende aspekt ved dette oplæg var dets stil som et lærebogskapitel. Vi lod ingen sten stå tilbage!"

Diskussionsoplægget indeholder inkorporering af BFO i funktionelle enheder, der bruger krydskoblingen mellem ferroelektricitet og magnetisme, og helt nye felter såsom antiferromagnetisk spintronik, hvor den kvantemekaniske egenskab ved elektronens spin kan bruges til at behandle information.

"The Experimentalists Guide to the Cycloid, eller ikke -kollinær antiferromagnetisme i epitaksial BiFeO ₃ "blev offentliggjort i Avancerede materialer i september 2020.

Nagarajan ('Nagy') Valanoors team ved UNSW Sydney har omfattende undersøgt BFO og andre ferromaterialer, opnå en stor påskønnelse for relevante undersøgelser, og selv gør betydelige fremskridt.

Teamet syntetiserer ferroelektriske og ferromagnetiske heterostrukturer og nye topologiske oxider, der bruges af andre FLEET-forskere, der søger lavenergitransistorer, inden for centrets forskningstema 1 og aktiveringsteknologi A.