science >> Wetenschap >  >> Fysica

Nieuw materiaal met ferro-elektriciteit en ferromagnetisme kan leiden tot beter computergeheugen

Delen van het BiFeO3-rooster van cycloïde en collineaire fasen met alleen Fe-ionen worden links en rechts getoond, respectievelijk. De pijlen geven de richting van het Fe3+-moment aan. De grondtoestand van BiFeO3 had een cycloïde spinstructuur, die wordt gedestabiliseerd door substitutie van Fe door Co en bij hogere temperaturen. De spin magnetische momenten compenseren met elkaar in het linker paneel, maar kantelen tussen naburige spins leidt tot het verschijnen van zwak ferromagnetisme in het linkerpaneel. Krediet:Tokyo Institute of Technology

Traditioneel computergeheugen, bekend als DRAM, gebruikt elektrische velden om informatie op te slaan. In DRAM, de aanwezigheid of afwezigheid van een elektrische lading wordt aangegeven met nummer 1 of nummer 0. Helaas, dit type informatieopslag is van voorbijgaande aard en informatie gaat verloren wanneer de computer wordt uitgeschakeld. Nieuwere soorten geheugen, MRAM en FRAM, gebruik langdurig ferromagnetisme en ferro-elektriciteit om informatie op te slaan. Echter, geen enkele technologie tot nu toe combineert de twee.

Om deze uitdaging aan te gaan, een groep wetenschappers onder leiding van Prof. Masaki Azuma van het Laboratorium voor Materialen en Structuren van het Tokyo Institute of Technology, samen met associate Prof. Hajime Hojo aan de Kyushu University, eerder bij Tokyo Tech, Prof. Ko Mibu van het Nagoya Institute of Technology en vijf andere onderzoekers demonstreerden de multiferroïsche aard van een dunne film van BiFe1-xCoxO3 (BFCO). Multiferroïsche materialen vertonen zowel ferromagnetisme als ferro-elektriciteit. Deze zullen naar verwachting worden gebruikt als geheugenapparaten met meerdere statussen. Verder, als de twee orden sterk gekoppeld zijn en de magnetisatie kan worden omgekeerd door een extern elektrisch veld aan te leggen, het materiaal zou moeten werken als een vorm van magnetisch geheugen met een laag stroomverbruik.

Eerdere wetenschappers hadden gespeculeerd dat ferro-elektrische BFO dunne film, een naaste verwant van BFCO, kan ook ferromagnetisch zijn, maar ze werden gedwarsboomd door de aanwezigheid van magnetische onzuiverheid. Prof. M. Azuma's team heeft met succes pure, dunne films van BFCO met behulp van gepulste laserafzetting om epitaxiale groei uit te voeren op een SrTiO3 (STO) -substraat. Vervolgens voerden ze een reeks tests uit om aan te tonen dat BFCO bij kamertemperatuur zowel ferro-elektrisch als ferromagnetisch is. Ze manipuleerden de richting van ferro-elektrische polarisatie door een elektrisch veld aan te leggen, en toonde aan dat de lage temperatuur cychloïdale spinstructuur, in wezen hetzelfde als die van BiFeO3, verandert in een collineaire met ferromagnetisme bij kamertemperatuur.

In de toekomst, de wetenschappers hopen elektrische controle van ferromagnetisme te realiseren, die zou kunnen worden toegepast in een laag stroomverbruik, niet-vluchtige geheugenapparaten.

Ferro-elektrische hysteresislus (links) en magnetische hystereselus (rechts) gemeten bij kamertemperatuur duiden op het naast elkaar bestaan ​​van ferro-elektriciteit en ferromagnetisme. Krediet:Tokyo Institute of Technology