Ratuj Głuszca
brak-podgladu-600

Badacze z Lawrence Berkeley National Laboratory dowiedli, że pole elektryczne może posłużyć do przełączania stanów w multiferroikach. To z kolei umożliwi wykorzystanie w przyszłości tych materiałów do przechowywania danych zarówno za pomocą zjawisk magnetycznych jak i spintronicznych.

?Multiferroiki to materiały charakteryzujące się jednocześnie więcej niż jedną cechą materiałów ferroikowych. Ich cztery podstawowe właściwości to ferromagnetyzm, ferroelektryczność, ferroelastyczność i ferrotoroidalność.

Za pomocą pola elektrycznego byliśmy w stanie stworzyć, wykasować i odwrócić złącze p-n we wzbogaconym wapnem żelazianie bizmutu - mówi Ramamoorthy Ramesh, który kierował grupą badawczą.

Komputery przyszłości będą mniejsze, szybsze i znacznie wygodniejsze w użyciu niż obecne maszyny. Powinny wykorzystywać układy pamięci działające nie dzięki ładunkowi elektrycznemu, a spinowi elektronów i związanemu z nim magnetycznemu momentowi dipolowemu. Idealnymi materiałami do budowy takich układów są właśnie multiferroiki.

Badany w Berkeley Lab żelazian bizmutu to połączenie bizmutu, żelaza i tlenu (BiFeO3). Materiał ten jest jednocześnie ferroelektrykiem i antyferromagnetykiem. Od dłuższego czasu jest przedmiotem badań uczonych zajmujących się spintroniką, jednak od niedawna zainteresowanie nim gwałtownie wzrosło. Stało się to po tym, jak w bieżącym roku Ramesh i jego zespół odkryli w żelazianie bizmutu, który jest izolatorem, niezwykle cienką, dwuwymiarową powłokę nazwaną ścianami domen, która umożliwia przepływ elektronów w temperaturze pokojowej. To z kolei dało nadzieję, że za pomocą odpowiedniego domieszkowania można tę warstwę ustabilizować i tworzyć złącza p-n.

Zmiana izolatora w przewodnik zwykle wymaga zastosowania odpowiednich domieszek chemicznych oraz pola magnetycznego. Jednak wytworzenie takiego pola jest zbyt skomplikowane i wymaga zbyt dużych ilości energii, by urządzenie nadawało się do zastosowania na rynku konsumenckim. Znacznie lepiej jest zastosować pole elektryczne, które łatwo można kontrolować – mówi Ramesh.

Najpierw jego zespół wzbogacił żelazian bizmutu o akceptory jonów wapnia, gdyż zwiększają one ilość prądu, który może przepłynąć przez BiFeO3. Spowodowało to powstanie pozytywnie naładowanych wakancji tlenowych. Po przyłożeniu pola elektrycznego, wakancje te stały się ruchome. Powędrowały do góry materiału, tworząc złącze typu n, a nieruchome jony wapnia utworzyły w dolnej części materiału złącze typu p. Po odwróceniu kierunku pola elektrycznego obszary p i n zamieniły się miejscami. Z kolei zastosowanie pola elektrycznego o średnim natężeniu pozwoliło na wykasowanie obszarów p i n.

Na takiej samej zasadzie działają współczesne urządzenia CMOS, gdzie przyłożenie napięcia pozwala na kontrolowanie właściwości przepływu elektronów i zmienia oporność z wysokiej (izolator) na niską (przewodnik) – zauważa Ramesh. W typowym urządzeniu CMOS różnica w oporności obu stanów jest milionkrotna. W żelazianie bizmutu osiągnięto dotychczas tysiąckrotną różnicę pomiędzy stanami on i off. To i tak dwa razy więcej, niż najlepszy wynik uzyskany za pomocą pola magnetycznego. Wystarczy też, by urządzenia z żelazianu bizmutu działały.

Autor: Mariusz Błoński

Źródło: Lawrence Berkeley National Laboratory
 

 

Autor wpisu: ag

Wypowiedz się

Musiszsię zalogować aby dodać komentarz.