(PhysOrg.com) -- Een team onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison heeft een nieuwe benadering ontwikkeld voor het maken van krachtige nanodevices, en hun ontdekkingen zouden de weg kunnen effenen voor andere onderzoekers om te beginnen met een meer wijdverbreide ontwikkeling van deze apparaten.

De ontdekkingen werden gepubliceerd in de online editie van Natuurmaterialen vandaag (28 februari). Chang-Beom Eom, een UW-Madison hoogleraar materiaalkunde en techniek, leidt het team, waaronder afgestudeerde UW-Madison-studenten en onderzoeksmedewerkers en medewerkers van Penn State University, de Universiteit van Michigan en de Universiteit van Californië, Berkeley.

Bepaalde metaaloxidematerialen (inclusief sommige ferrieten) hebben een unieke magneto-elektrische eigenschap waardoor het materiaal zijn magnetische veld kan veranderen wanneer de polarisatie wordt geschakeld door een elektrisch veld en vice versa. Deze eigenschap betekent dat deze materialen kunnen worden gebruikt als basis voor apparaten die fungeren als signaalvertalers die elektrische, magnetische of zelfs optische reacties, en de apparaten kunnen informatie in elk van deze vormen opslaan.

Dit zou een verscheidenheid aan magneto-elektrische apparaten kunnen produceren met een breed scala aan toepassingen, zoals nieuwe geïntegreerde schakelingen of kleine elektronische apparaten met de informatieopslagcapaciteit van harde schijven.

"We hebben allemaal elektrische en magnetische apparaten die onafhankelijk van elkaar werken, maar soms willen we dat deze functies in één apparaat worden geïntegreerd met één signaal dat wordt gebruikt voor meerdere reacties, "zegt Eom.

Eigenlijk, Eom en zijn team hebben een routekaart ontwikkeld om onderzoekers te helpen de elektrische en magnetische mechanismen van een materiaal te "koppelen". Terwijl onderzoekers een stroom door een magneto-elektrisch apparaat laten lopen, elektrische signalen volgen het elektrische veld als een pad. De uiteindelijke bestemming van de signalen zou kunnen zijn, als voorbeeld, een geheugen "bank" aangedreven door een magnetisch veld. Wanneer de onderzoekers het elektrische veld omschakelen, de signalen stuiten op een splitsing in het pad. Hoewel beide uitsteeksels van de vork in dezelfde richting wijzen, één pad is het juiste en zal het magnetische veld ertoe aanzetten om te schakelen. Hierdoor kan de informatie die door de signalen wordt gedragen, worden opgeslagen in de bank. Als de signalen de verkeerde weg volgen, de magnetische staat zal niet schakelen, de bank blijft onbereikbaar, en de informatie gaat verloren zodra het elektrische veld wordt uitgeschakeld.

Naast het bepalen van het juiste pad voor de elektrische signalen, het team heeft een matrix ontwikkeld die ervoor zorgt dat het kruiskoppelingseffect stabiel is, of niet-vluchtig, waarmee gegevens op lange termijn kunnen worden opgeslagen. Deze matrix wordt vervolgens ingebed in dunne films.

Deze twee ontdekkingen - het juiste pad en de stabiliserende matrix - zullen andere onderzoekers in staat stellen de fundamentele fysica van kruiskoppeling in materialen te bestuderen en te onderzoeken hoe de vele mogelijkheden van multifunctionele apparaten werkelijkheid kunnen worden.

"Mensen hebben zich meerdere toepassingen voorgesteld voor kruiskoppeling, ", zegt Eom. "Dit werk stelt ons in staat om niet-vluchtige magneto-elektrische apparaten te maken op nanoschaal, wat betekent dat we de informatie kunnen opslaan, zelfs nadat de stroom is uitgeschakeld."