Elektrische apparaten die tegenwoordig in gebruik zijn, gebruiken geleidende materialen om elektronen te geleiden waar ze nodig zijn. Deze materialen moeten worden vastgemaakt en geïsoleerd om de elektriciteit op de goede weg te houden. Nieuw onderzoek van de Universiteit van Arkansas zet een belangrijke stap in de richting van een nieuw soort elektrisch apparaat, die de natuurlijke eigenschappen van materialen zoals bismutferriet zou gebruiken, samen met een ander type stroom, om elektriciteit snel door kleinere, dichtere circuits.

Sergej Prosandejev, een onderzoeksprofessor bij de afdeling Natuurkunde, werkte met Yurong Yang, onderzoek universitair hoofddocent; Charles Paillard, postdoctoraal onderzoeker; en Laurent Bellaiche, Hoogleraar. Hun resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift npj Computational Materials .

Met behulp van het Arkansas High Performance Computing Center, deze onderzoekers maakten simulaties van bismutferriet, een synthetische, kristallijn materiaal. Bismutferriet is "multiferroïsch, " wat betekent dat het regio's heeft, of domeinen, waarin de moleculen waaruit de kristallijne structuur bestaat een consistent patroon van elektrische polarisatie vertonen, magnetisatie en verschuiving van geladen ionen. De grenzen tussen deze gebieden worden domeinmuren genoemd. Deze wanden zijn tweedimensionaal en erg smal - ze worden gemeten in tienden van nanometers.

In de simulatie, de onderzoekers creëerden een soort stroom, verplaatsingsstroom genoemd, door een hoogfrequent elektrisch veld op het bismutferriet aan te leggen. In tegenstelling tot de elektrische stroom die wordt geproduceerd door de beweging van elektronen, verplaatsingsstroom is het gevolg van de trilling van ionen als reactie op een elektrisch veld. De onderzoekers ontdekten dat de verplaatsingsstroom, dat is een wisselstroom, of wisselstroom, beweegt zich natuurlijk langs de domeinmuren in het bismutferriet, en ze vonden ook dat het in grootte vergelijkbaar is met de gelijkstroom, of gelijkstroom, momenteel gebruikt in elektrische apparaten.

Onderzoekers kunnen domeinen creëren en domeinwanden verplaatsen in multiferroïsche materialen door selectief elektrische velden toe te passen. Door aan te tonen dat deze wanden kunnen worden gebruikt om verplaatsingsstroom door te geven, dit onderzoek is een belangrijke stap in de richting van nieuwe soorten elektrische apparaten.

De onderzoekers legden uit dat het compacte karakter van deze apparaten hen in staat zou stellen om zeer snel en zeer klein te zijn. "Dit opent de weg naar het ontwerp van snelle elektronische circuits op nanoschaal, ’ zeiden ze in de krant.