In een proof-of-concept-studie gepubliceerd in Natuurfysica , onderzoekers trokken magnetische vierkanten in een niet-magnetisch materiaal met een geëlektrificeerde pen en "lezen" deze magnetische doodle vervolgens met röntgenstralen.

Het experiment toonde aan dat magnetische eigenschappen kunnen worden gecreëerd en vernietigd in een niet-magnetisch materiaal met nauwkeurige toepassing van een elektrisch veld - iets waar wetenschappers al lang naar zochten op zoek naar een betere manier om informatie op harde schijven en andere magnetische geheugenapparaten op te slaan en op te halen. Het onderzoek vond plaats in het SLAC National Accelerator Laboratory van het Department of Energy en het Korea Advanced Institute of Science and Technology.

"Het belangrijkste is dat het omkeerbaar is. Het veranderen van de spanning van het aangelegde elektrische veld demagnetiseert het materiaal weer, zei Hendrik Ohldag, een co-auteur van het papier en wetenschapper bij de Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) van het laboratorium, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit.

"Dat betekent dat deze techniek kan worden gebruikt om nieuwe soorten geheugenopslagapparaten te ontwerpen met extra informatielagen die kunnen worden in- en uitgeschakeld met een elektrisch veld, in plaats van de magnetische velden die tegenwoordig worden gebruikt, Ohldag zei. "Dit zou een meer gerichte controle mogelijk maken, en zou minder snel ongewenste effecten veroorzaken in omliggende magnetische gebieden."

"Deze experimentele bevinding is belangrijk voor het overwinnen van de huidige problemen in opslagtoepassingen, " zei Jun-Sik Lee, een SLAC-stafwetenschapper en een van de leiders van het experiment. "We kunnen nu een definitief statement maken:deze aanpak kan worden geïmplementeerd om toekomstige opslagapparaten te ontwerpen."

De spins op een rij zetten

De magnetische eigenschappen van een materiaal worden bepaald door de oriëntatie van de spins van de elektronen. In ferromagnetische materialen, gevonden in harde schijven, ijskastmagneten en kompasnaalden, alle elektronenspins staan ​​in dezelfde richting opgesteld. Deze spins kunnen worden gemanipuleerd door een magnetisch veld aan te leggen - ze van noord naar zuid te draaien, bijvoorbeeld, om informatie op te slaan als enen en nullen.

Wetenschappers hebben ook verschillende manieren geprobeerd om een ​​"multiferroïsche toestand, " waar magnetisme kan worden gemanipuleerd met een elektrisch veld.

"Dit is het afgelopen decennium een ​​van de heilige gralen van technologie geworden, " zei Ohldag. "Er zijn studies die eerder aspecten van deze multiferroïsche toestand hebben aangetoond. De nieuwigheid hier is dat door het ontwerpen van een bepaald materiaal, we zijn erin geslaagd om magnetisme op een gecontroleerde manier op nanoschaal te creëren en te elimineren."

Overspraak tussen elektriciteit en magnetisme

In dit onderzoek, het team begon met een antiferromagnetisch materiaal - een materiaal met kleine stukjes magnetisme die elkaar opheffen, zodat het over het algemeen niet als een magneet werkt.

Zowel antiferromagneten als ferromagneten vertonen alleen magnetische eigenschappen onder een bepaalde temperatuur, en boven die temperatuur worden ze niet-magnetisch.

Door een antiferromagnetisch materiaal te ontwerpen dat is gedoteerd met het element lanthaan, de onderzoekers ontdekten dat ze de eigenschappen van het materiaal zo konden afstemmen dat elektriciteit en magnetisme elkaar bij kamertemperatuur konden beïnvloeden. Ze zouden dan de magnetische eigenschappen kunnen omdraaien met een elektrisch veld.

Om deze veranderingen te zien, ze hebben een scanning-transmissie-röntgenmicroscoop op SSRL afgestemd, zodat deze de magnetische spin van de elektronen kon detecteren. De röntgenfoto's bevestigden dat de magnetisatie had plaatsgevonden, en was echt omkeerbaar.

Volgende, het onderzoeksteam wil graag andere materialen testen, om te zien of ze een manier kunnen vinden om het effect nog meer uitgesproken te maken.