Ученые управляют магнетизмом при помощи электрического поля

Схематическое изображение композитного мультиферроика, созданного учеными. (кликните картинку для увеличения)

Схематическое изображение композитного мультиферроика, созданного учеными. (кликните картинку для увеличения)

23.02.2014 (9:00)
Просмотров: 1420
Рейтинг: 0.00
Голосов: 0

Теги:
магнетизм, магнитоэлектрик, мультиферроик,
Технология >> Нанотехнология






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Способность контролировать магнетизм материалов, используя только приложенное внешнее напряжение, в перспективе будет иметь важное значение для создания маломощных спинтронных устройств. Хотя в этой сфере уже достигнут значительный прогресс, процесс переключения ферромагнетизма при комнатной температуре оказался довольно трудным. Однако в своей последней работе совместная научная группа из Франции и Германии показала, что это все-таки возможно для пленок из FeRh, которые «переключаются» из антиферромагнитного состояния в ферромагнитное при помощи воздействия напряжения всего в несколько вольт.

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.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное


Rambler's Top100