Сегнетоэлектрики можуть відкрити новий шлях до чіпів з пам’яттю більш високої щільності

Додаток електричного поля до твердих речовин (не володіє металевою провідністю) призводить до їх поляризації. При цьому спостерігається витягування електронного хмари, навколишнього атоми, за напрямом поля так, що центр хмари дещо зміщується у бік позитивно зарядженого ядра, що в свою чергу призводить до радикальних змін електричних властивостей твердого речовини. Матеріали, здатні зберігати поляризацію і при відсутності електричного поля, називаються сегнетоэлектриками. Саме вони могли б відкрити новий шлях до чіпів з пам’яттю більш високої щільності.

За словами Ясуджіро Тагучі, одного з провідних співробітників Інституту перспективних досліджень RIKEN (Вако, Японія), область застосування сегнетоелектриків різко розширюється, якщо виявляється, що цей матеріал проявляє також і магнітні властивості, і при цьому існує жорстка взаємозв’язок між поляризацією і намагніченістю. Р-н Тагучі і його колеги з RIKEN і ряду інших японських НДІ нещодавно експериментально показали, що стронцій-барієві манганиты ((Sr,Ba)MnO3) як раз мають такої рідкісної комбінацією властивостей.

Атом марганцю (бузковий). Спін марганцю (чорна стрілка) робить матеріал магнітним; зміщення атома марганцю з центру (бузкова с.) призводить до сегнетоэлектрическим властивостями. Кисень — червоний, стронцій і барій — зелені. (Мал. Yasujiro Taguchi.)

Більш ранні дослідження (Sr,Ba)MnO3 не виявили в них будь-яких сегнетоелектричних нюансів, передбачених теорією. Проблема полягала не в недоліках теоретичного моделювання, а в неорганічному синтезі. Виявилося, що стандартна методика отримання матеріалу не могла забезпечити необхідного співвідношення між барієм і стронцієм; так, максимальне зафіксоване співвідношення не перевищувала 1:4. Ясуджіро Тагучі з колегами розробив нову двоступеневу методику кристалізації, що дозволила підняти вміст барію з 20 до 50%. Порівнявши властивості кристалів з різним вмістом барію, дослідники встановили, що поріг появи сегнетоелектричних властивостей знаходиться десь між 40 і 45 відсотками.

Стронцій-барієвий манганит належить до структурного типу перовскіту, який, в свою чергу, характеризується кубічної кристалічної гратами. Атоми марганцю знаходяться в центрі кожного осередку, а кисень центрує кожну з шести граней куба. Стронцій і барій розміщуються в кутах куба. Електронний спін іонів марганцю робить кристал магнітним, а ферроэлектрические властивості виникають через зміщення іонів марганцю з центру кубічної комірки. Таким чином, іони марганцю відповідають за появу обох важливих властивостей матеріалу — поляризації і магнетизму; тим самим здійснюється їх очевидна жорстка взаємозв’язок.

Матеріали, що володіють як сегнетоелектричними, так і магнітними властивостями, як ви пам’ятаєте, називаються мультиферроиками. Але мультиферроики або проявляють жорстку зв’язок між електричними і магнітними властивостями, але при цьому демонструють лише невелику поляризацію, або схильні до значної поляризації, і тоді ніякого зв’язку з магнітними властивостями не існує (або вона дуже-дуже слабка). Інакше кажучи, групі г-на Тагучі вдалося відкрити абсолютно новий мультиферроический матеріал, який характеризується як високою поляризацією, так і жорсткої зв’язком між поляризацією і намагничиваемостью. Саме така характеристика абсолютно необхідна для того, щоб зробити мультиферроик корисним для прикладних завдань. І одним з можливих прикладів таких завдань є створення чіпів пам’яті з дуже низьким енергоспоживанням.

Результати роботи опубліковані в журналі PhysOrg.

Залишити відповідь

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