Вчені керують магнетизмом за допомогою електричного поля

Здатність контролювати магнетизм матеріалів, використовуючи тільки прикладена зовнішня напруга, в перспективі буде мати важливе значення для створення малопотужних спинтронных пристроїв. Хоча в цій сфері вже досягнутий значний прогрес, процес перемикання ферромагнетизма при кімнатній температурі виявився досить важким. Однак у своїй останній роботі спільна наукова група з Франції і Німеччини показала, що це все-таки можливо для плівок з FeRh, які переключаються з антиферомагнітного стану в феромагнітне за допомогою впливу напруги всього в декілька вольт.

Ідея перемикання намагніченості за допомогою тільки лише зовнішнього напруги вперше була запропонована ще в 1960-і роки в рамках робіт по дослідженню магнитоэлектриков і мультиферроиков. З початком нового століття науковий світ знову проявив інтерес до цих матеріалів, відповідно, проводяться нові експерименти в цій області.

Зокрема, спільна група вчених з Paris-Sud University, Thales University (Франція), а також їх колеги з Німеччини вивчили поведінку плівок з FeRh товщиною близько 20 нм.

FeRh являє собою магнітний матеріал, який відрізняється специфічним переходом від антиферомагнітного до ферромагнитному станом у міру підвищення температури від кімнатної до 100 градусів за Цельсієм. Для докладного вивчення плівки з цього матеріалу дослідники наносили її на сегнетоелектричну підкладку з титанату барію, а потім спостерігали, як зовнішнє напруга змінює магнетизм плівки.

Дослідники виявили, що

навіть порівняно невелика напруженість електричного поля збільшує температуру магнітного переходу в FeRh на 25 градусів за Цельсієм. Цього виявляється цілком достатньо, щоб перетворити FeRh з антиферомагнітного стану (з дуже малою намагніченістю) в феромагнетик з великою намагніченістю при кімнатній температурі. На думку вчених, цей гігантський магнітоелектричних відгук формуються в першу чергу завдяки механічних деформацій, які викликає прикладена напруга.

Треба зазначити, що між 7 і 130 градусами за Цельсієм титанат барію, що використовувався в експерименту в якості підкладки, має тетрагональну структуру з елементарною коміркою, витягнутої в одному напрямку, вздовж якого орієнтується сегнетоэлектрическая поляризація.

При включенні зовнішнього напруги між верхньою і нижньою поверхнями в описаній системі, окремі домени збільшуються в розмірах, поки вся підкладка не перетворюється в один великий домен. В результаті плівка FeRh відчуває деформацію стиснення, яка і сприяє прояву антиферомагнітного стану, сталого в широкому діапазоні температур.

При підвищенні температури вище кімнатної, плівка FeRh проявляє антиферромагнитные властивості при високій напрузі, але стає феромагнетиком, якщо напруга відсутня.

Як вважають вчені,

така поведінка пов’язана із зміною міжатомних відстаней в плівці FeRh, що зазнала деформації. Міжатомні відстані в антиферромагнитной структурі менше, ніж в феромагнітному (за рахунок квантово-механічних взаємодій між електронними спинами в матеріалі). Тому при штучному зближенні атомів через деформацію напруги, змінюється енергетичний баланс між двома станами на користь антиферомагнітного.

Як вважають дослідники,

отриманий ними результат може відкрити великі перспективи для гібридних (або композитних) мультиферроиков, в яких поєднуються шари сегнетоелектричних (або п’єзоелектричних матеріалів, а також матеріалів, що характеризуються наявністю переходів між різними магнітними станами.

Детальні результати роботи вчених опубліковані в журналі Nature Materials.

Джерело(і):

1. nanotechweb.org

2. sci-lib.com

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *