Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology hebben een omkering van de magnetisatie bereikt in kobalt-gesubstitueerd bismutferriet door een elektrisch veld aan te leggen. Onderzoekers zijn al meer dan tien jaar op zoek naar een dergelijke techniek om nieuwe soorten magnetische geheugenapparaten met een laag stroomverbruik te maken.

In het tijdperk van de informatietechnologierevolutie, elektronica vereist een snelle evolutie, mogelijk gemaakt door grotere inspanningen van materiaalonderzoekers. Vooral, een beter begrip van de elektromagnetische eigenschappen van materialen en nieuwe manieren om ze te benutten, zou de fabricage van apparaten op basis van dergelijke principes mogelijk maken.

Twee jaar geleden, een onderzoeksteam van het Laboratorium voor Materialen en Structuren van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), onder leiding van prof. Masaki Azuma, toonden veelbelovende eigenschappen van kobalt-gesubstitueerd bismutferriet (BFCO). Dit eigenaardige materiaal vertoont zowel ferro-elektrische als ferromagnetische eigenschappen bij kamertemperatuur; het team concludeerde dat deze zijn gekoppeld op een manier die kan worden benut om omkering van de magnetisatie van het materiaal te vertonen door een elektrisch veld bij kamertemperatuur aan te leggen zonder dat elektrische stroom nodig is.

In een recentere studie, het team presenteerde het bewijs van deze veronderstelde magnetisatie-omkering in dunne films van BFCO bij kamertemperatuur. Terwijl eerdere onderzoekers enig succes zagen bij het bereiken van een omkering van de magnetisatie, hun resultaten waren voor in-plan magnetisatie op een meerlagig materiaal, wat enkele nadelen met zich meebrengt. "Directe observatie van magnetisatie-omkering op een enkelfasig materiaal met ferro-elektrische en ferromagnetische ordeningen is cruciaal voor de studie van de intrinsieke koppeling daartussen. Bovendien, out-of-plane magnetisatie omkering is wenselijk vanuit het oogpunt van integratie, " legt Azuma uit.

Dus, het team vervaardigde dunne BFCO-films die spontane magnetisatie vertoonden. Omdat BFCO erg gevoelig is voor roosterspanning, deze dunne films werden gekweekt op orthorhombische GdScO ₃ , waarvan de roosterstructuur maximaal overeenkomt met die van BFCO en de groei van sterk kristallijne films ondersteunt met minimale roosterspanning. Na het verifiëren van de aanwezigheid van de out-of-plane magnetisatie, het team ging verder met het onderzoeken van de correlatie tussen de ferromagnetische en ferro-elektrische domeinen om te zien of omkering van de magnetisatie mogelijk was door elektrische polarisatie om te schakelen.

In de resulterende piëzo-elektrische krachtmicroscopie en magnetische krachtmicroscopiebeelden, de onderzoekers ontdekten dat hun pogingen succesvol waren en dat was het ook, inderdaad, mogelijk om magnetisatie-omkering buiten het vlak te bereiken met behulp van een elektrisch veld bij kamertemperatuur. Dit is de eerste keer dat een dergelijke prestatie is geleverd, en zou binnenkort het werkingsprincipe kunnen worden van een nieuw type geheugenapparaat.

Azuma zegt, "De huidige demonstratie van magnetische omkering met behulp van een elektrisch veld effent de weg naar een laag stroomverbruik, niet-vluchtig magnetisch geheugen, zoals magnetoresistieve geheugens met willekeurige toegang."