Een nieuwe studie geeft inzicht in multiferroïsche materialen, die substantiële gevolgen kunnen hebben op gebieden als gegevensopslag.

In het onderzoek werd gekeken naar lanthaankobaltiet (LaCoO ₃ of LCO), een dunne kristallijne film die, eenmaal gekweekt op een substraat, kan worden geanalyseerd door middel van elektronenmicroscopie en gepolariseerde neutronenreflectometrie om elektronendichtheid en verschillen in magnetisatie te meten, respectievelijk.

LCO is bijzonder omdat het een ferro-elastisch materiaal is, wat betekent dat de eigenschappen ervan zullen veranderen als reactie op een stressor en de veranderingen behouden nadat de stressor is verwijderd.

Een ultradunne film van LCO - een film met een dikte van ongeveer 12 nanometer, of 12 duizend-miljoenste van een meter - is vooral uniek omdat het ook een ferromagneet is. De combinatie van ferro-elastisch en een ferromagneet betekent dat ultradun LCO een multiferroïsch materiaal is - een materiaal met elastische en magnetische eigenschappen dat kan veranderen onder spanning of door magnetische velden. Dit betekent dat het materiaal, in principe, registreert de stress van zijn omgeving als magnetische informatie.

"Een belangrijke bevinding was dat door de LCO-films op chemisch verschillende substraten te laten groeien, of bases, we kunnen de magnetische eigenschappen van de film veranderen, " zei Michael Fitzsimmons, een gezamenlijke professor natuurkunde aan de Universiteit van Tennessee, Knoxville, en Oak Ridge National Laboratory en leider van de Thin Films and Nanostructures Group in ORNL's Neutron Scattering Division. Het gemakkelijk kunnen manipuleren van de ferromagnetische eigenschappen van een stof is een belangrijke stap bij het maken van apparaten die minder energie nodig hebben om te werken. In het geval van LCO, het verband tussen zijn ferro-elastische en ferromagnetische eigenschappen zou de hoeveelheid energie die momenteel wordt vereist door de huidige magnetische technologie drastisch verminderen.

"Een voorbeeld is een magnetische leeskop, een stuk dat wordt gebruikt in digitale opslageenheden, Fitzsimmons zei. "Een magnetisch veld verandert de uitlijning van een klein gebied van magnetisch materiaal - de richting vertegenwoordigt enige informatie." Dit type magnetisch veld wordt geproduceerd door een stroompuls, wat behoorlijk wat energie kost.

"Als we in plaats daarvan de richting van de magnetisatie zouden kunnen veranderen door elektrische lading toe te passen zonder stroom door te laten, dan zouden we niet zoveel energie nodig hebben, ' zei Fitzsimmons.

"Eén doel is om apparaten te maken die nieuwe dingen kunnen doen, zoals licht voelen, chemische samenstelling, magnetische velden, of warmte, of gegevens manipuleren en opslaan in compacte objecten die niet veel energie nodig hebben om te werken."