Aan de TU Wenen, onderzoekers hebben een grote stap gezet in de richting van het koppelen van elektrische en magnetische materiaaleigenschappen, wat cruciaal is voor mogelijke toepassingen in de elektronica.

Het is niet bepaald een nieuwe openbaring dat elektriciteit en magnetisme nauw met elkaar verbonden zijn. En toch, magnetische en elektrische effecten worden binnen de materiaalkunde al geruime tijd apart bestudeerd. Magnetische velden worden meestal gebruikt om magnetische materiaaleigenschappen te beïnvloeden, terwijl elektrische eigenschappen neerkomen op elektrische spanning. Dan hebben we multiferroics - een speciale groep materialen die de twee combineert. Bij een nieuwe ontwikkeling TU Wien is erin geslaagd elektrische velden te gebruiken om de magnetische trillingen van bepaalde ijzerhoudende materialen te beheersen. Dit heeft een enorm potentieel geopend voor computertechnologietoepassingen, aangezien gegevens momenteel worden overgedragen in de vorm van elektrische signalen, maar magnetisch worden opgeslagen.

Elektrische en magnetische materialen:polen uit elkaar

Op het gebied van de vastestoffysica, het is vaak een kwestie van werken met materiaaleigenschappen die zowel door magnetische als elektrische velden kunnen worden beïnvloed. Als een algemene regel, magnetische en elektrische effecten kunnen afzonderlijk worden bestudeerd omdat hun oorzaken totaal verschillend zijn. Magnetische effecten ontstaan ​​doordat deeltjes een interne magnetische richting hebben die de 'spin' wordt genoemd, terwijl elektrische effecten het gevolg zijn van positieve en negatieve ladingen in een materiaal die van positie kunnen veranderen ten opzichte van elkaar.

"Als het gaat om materialen met zeer specifieke ruimtelijke symmetrieën, echter, de twee kunnen worden gecombineerd, ", legt professor Andrei Pimenov van het Institute of Solid State Physics van de TU Wien uit. Hij doet al een aantal jaren onderzoek naar dit speciale soort materiaal - 'multiferroics'. Multiferroics wordt momenteel beschouwd als een veelbelovend nieuw gebied binnen vastestoffysica op wereldwijde schaal Er zijn al interessante experimenten uitgevoerd om te onderzoeken hoe magnetische en elektrische effecten kunnen worden gekoppeld en nu zijn Pimenov en zijn team van onderzoekers erin geslaagd elektrische velden te gebruiken om de hoogfrequente magnetische oscillaties van een materiaal dat bestaat van ijzer, boor en zeldzame aardmetalen voor het eerst.

"Het materiaal bevat ijzeratomen die drievoudig positief geladen zijn. Ze hebben een magnetisch moment dat oscilleert met een frequentie van 300 GHz, " zegt Pimenov. "Het lijdt geen twijfel dat deze oscillaties kunnen worden gecontroleerd met behulp van een magnetisch veld. Maar wat we hebben kunnen aantonen, is dat deze oscillaties gericht kunnen worden veranderd met behulp van een elektrisch veld." Dit betekent dat een dynamisch magnetisch effect - de magnetische trillingstoestand van de ijzeratomen - kan worden geactiveerd of gedeactiveerd met behulp van een statische elektrische veld.

Magnetische gegevensopslag, elektrisch schrijven

Deze ontwikkeling is vooral interessant voor toekomstige elektronicatoepassingen:"Onze harde schijven slaan gegevens magnetisch op, maar het is ongelooflijk moeilijk om op dezelfde manier snel en nauwkeurig gegevens te schrijven, ", zegt Pimenov. "Het is zoveel gemakkelijker om een ​​elektrisch veld met uiterste precisie aan te brengen, want alles wat je nodig hebt is een eenvoudige spanningspuls. Het proces is erg snel en brengt geen noemenswaardig energieverlies met zich mee." Maar nu zouden we mogelijk de optie kunnen hebben om materialen te gebruiken die magnetische en elektrische effecten combineren om de voordelen van magnetische opslag en elektrisch schrijven samen te brengen.