Ученые управляют магнетизмом при помощи электрического поля
 Схематическое изображение композитного мультиферроика, созданного учеными. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Идея переключения намагниченности при помощи только лишь внешнего напряжения впервые была предложена еще в 1960-е годы в рамках работ по исследованию магнитоэлектриков и мультиферроиков. С началом нового века научный мир вновь проявил интерес к этим материалам, соответственно, проводятся новые эксперименты в этой области. В частности, совместная группа ученых из Paris-Sud University, Thales University (Франция), а также их коллеги из Германии изучили поведение пленок из FeRh толщиной около 20 нм.
FeRh представляет собой магнитный материал, который отличается специфическим переходом от антиферромагнитного к ферромагнитному состоянию по мере повышения температуры от комнатной до 100 градусов по Цельсию. Для подробного изучения пленки из этого материала исследователи наносили ее на сегнетоэлектрическую подложку из титаната бария, а затем наблюдали, как внешнее напряжение изменяет магнетизм пленки.
Исследователи обнаружили, что даже сравнительно небольшая напряженность электрического поля увеличивает температуру магнитного перехода в FeRh на 25 градусов по Цельсию. Этого оказывается вполне достаточно, чтобы преобразовать FeRh из антиферромагнитного состояния (с очень малой намагниченностью) в ферромагнетик с большой намагниченностью при комнатной температуре. По мнению ученых, этот гигантский магнитоэлектрический отклик формируются в первую очередь благодаря механическим деформациям, которые вызывает приложенное напряжение.
Надо отметить, что между 7 и 130 градусами по Цельсию титанат бария, использовавшийся в эксперимента в качестве подложки, имеет тетрагональную структуру с элементарной ячейкой, вытянутой в одном направлении, вдоль которого ориентируется сегнетоэлектрическая поляризация. При включении внешнего напряжения между верхней и нижней поверхностями в описанной системе, отдельные домены увеличиваются в размерах, пока вся подложка не превращается в один большой домен. В результате пленка FeRh испытывает деформацию сжатия, которая и способствует проявлению антиферромагнитного состояния, устойчивого в широком диапазоне температур. При повышении температуры выше комнатной, пленка FeRh проявляет антиферромагнитные свойства при высоком напряжении, но становится ферромагнетиком, если напряжение выключено.
Как считают ученые, такое поведение связано с изменением межатомных расстояний в пленке FeRh, подвергшейся деформации. Межатомные расстояния в антиферромагнитной структуре меньше, нежели в ферромагнитной (за счет квантово-механических взаимодействий между электронными спинами в материале). Поэтому при искусственном сближении атомов через деформацию напряжения, изменяется энергетический баланс между двумя состояниями в пользу антиферромагнитного.
Как считают исследователи, полученный ими результат может открыть большие перспективы для гибридных (или композитных) мультиферроиков, в которых сочетаются слои сегнетоэлектрических (или пьезоэлектрических) материалов, а также материалов, характеризующихся наличием переходов между различными магнитными состояниями.
Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature Materials.
Также по теме:
- Как измерить магнетизм света?
- Неспаренный спин придает графену магнитные свойства
- Вычислительный эксперимент доказывает более сильную связь земного магнетизма и климата
- Предложено устройство для концентрации энергии магнитного поля
- Жидкий магнит: смешать, но не взбалтывать
Источники: