Fisici ontdek nuwe magnetoelectric effek

'N Spesiale materiaal ondersoek waarvoor, met die eerste oogopslag, sou geen magnetoelectric effek op almal verwag. Maar versigtig eksperimente het nou getoon dat die effek in hierdie materiaal kan in ag geneem word, dit werk net heeltemal anders as gewoonlik. Dit kan beheer word in 'n hoogs sensitiewe manier: Selfs klein veranderinge in die rigting van die magneetveld kan die elektriese eienskappe van die materiaal oor te skakel na 'n heeltemal ander staat.

Simmetrie beheer die koppeling

"Of die elektriese en magnetiese eienskappe van 'n kristal gekoppel of nie hang af van interne simmetrie die kristal se," sê prof Andrei Pimenov van die Instituut van Vastetoestandfisika by TU Wien. "As die kristal het 'n hoë graad van simmetrie, byvoorbeeld, indien die een kant van die kristal is presies die spieëlbeeld van die ander kant, dan vir teoretiese redes kan daar geen magnetoelectric effek wees."

Dit geld vir die kristal, wat nou in detail ondersoek het, 'n sogenaamde langasite gemaak van lantaan, gallium, silikon en suurstof, gedoteer met holmium atome. "Die kristalstruktuur is so simmetriese dat dit eintlik nie enige magnetoelectric effek moet toelaat. En in die geval van swak magnetiese velde is daar inderdaad geen hoegenaamd koppel met die elektriese eienskappe van die kristal," sê Andrei Pimenov. "Maar as ons verhoog die sterkte van die magneetveld, iets besonders gebeur: Die holmium atome verander hul kwantum toestand en kry 'n magnetiese moment Dit breek die interne simmetrie van die kristal.."

Vanuit 'n suiwer geometriese oogpunt, die kristal is nog simmetriese, maar die magnetisme van die atome in ag geneem word, asook, en dit is wat breek die simmetrie. Daarom is die elektriese polarisasie van die kristal kan verander word met 'n magnetiese veld. "Polarisasie is wanneer die positiewe en negatiewe ladings in die kristal verplaas 'n bietjie, met respek vir mekaar," verduidelik Pimenov. "Dit sou maklik wees om te bereik met 'n elektriese veld te wees, maar as gevolg van die magnetoelectric effek, dit is ook moontlik met behulp van 'n magnetiese veld."

Dit is nie die krag nie, dis die rigting

Die sterker die magnetiese veld, hoe sterker die uitwerking daarvan op elektriese polarisasie. "Die verhouding tussen polarisasie en magnetiese veldsterkte is ongeveer lineêre, wat is niks ongewoon nie," sê Andrei Pimenov. "Wat merkwaardig is egter dat die verhouding tussen polarisasie en die rigting van die magnetiese veld is sterk nie-lineêre. As jy die rigting van die magneetveld 'n bietjie, kan die polarisasie heeltemal omslaan verander. Dit is 'n nuwe vorm van die magnetoelectric effek, wat nie bekend is voor. " So 'n klein rotasie kan besluit of die magnetiese veld van die elektriese polarisasie van die kristal of nie kan verander nie.

Moontlikheid vir 'n nuwe stoor tegnologie

"Die magnetoelectric effek sal 'n al hoe belangriker rol vir verskeie tegnologiese toepassings speel," sê Andrei Pimenov. "In 'n volgende stap, sal ons probeer om magnetiese eienskappe te verander met 'n elektriese veld in plaas van die verandering van elektriese eienskappe met 'n magnetiese veld. In beginsel, moet dit in presies dieselfde manier moontlik wees."

As dit slaag, sal dit 'n belowende nuwe manier om data te stoor in vaste stowwe wees. "In magnetiese herinneringe soos rekenaar hardeskywe, magnetiese velde is nodig vandag," Pimenov verduidelik. "Hulle is gegenereer met magnetiese spoele, wat 'n relatief groot hoeveelheid energie en tyd vereis. As daar 'n direkte pad na die magnetiese eienskappe van 'n vaste-toestand geheue skakel met 'n elektriese veld, sou dit 'n deurbraak wees was."

bron: Vienna University of Technology. "Physicists discover new magnetoelectric effect." ScienceDaily. ScienceDaily, 14 September 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200914112159.htm>.