Physiker entdecken neue magnetoelektrischen Effekt

Ein besonderes Material wurde auf dem ersten Blick für das untersucht, würde keine magneto Wirkung überhaupt zu erwarten. Aber seien Sie vorsichtig Versuche haben nun gezeigt, dass der Effekt in diesem Material beobachtet werden, es funktioniert nur ganz anders als üblich. Es kann in einer hochempfindlichen Art und Weise gesteuert werden: Selbst kleine Änderungen in der Richtung des Magnetfeldes, die elektrischen Eigenschaften des Materials zu einem völlig anderen Zustand umschalten können.

Symmetry steuert die Kupplungs

„Ob die elektrischen und magnetischen Eigenschaften eines Kristalls gekoppelt sind oder nicht, hängt von der internen Symmetrie des Kristalls“, sagt Prof. Andrei Pimenov vom Institut für Festkörperphysik an der TU Wien. „Wenn der Kristall ein hohe Symmetrie hat, zum Beispiel, wenn eine Seite des Kristalls ist genau das Spiegelbild der anderen Seite, dann aus theoretischen Gründen kann es keine magneto Wirkung.“

Dies gilt für den Kristall, die nun im Detail untersucht worden war, eine so genannte Langasit aus Lanthan, Gallium, Silizium und Sauerstoff, mit Holmium Atomen dotiert. „Die Kristallstruktur so symmetrisch ist, dass es sollte eigentlich keine magnetoelektrischen Effekt ermöglichen. Und im Falle von schwachen Magnetfeldern gibt es in der Tat keine whatsoever Kopplung mit den elektrischen Eigenschaften des Kristalls“, sagt Andrei Pimenov. „Aber wenn wir die Stärke des Magnetfeldes erhöhen, etwas Bemerkenswertes passiert: Die Holmium-Atome ihren Quantenzustand ändern und ein magnetisches Moment gewinnen Dies bricht die innere Symmetrie des Kristalls..“

Aus rein geometrischen Sicht ist der Kristall noch symmetrisch, aber der Magnetismus der Atome hat auch berücksichtigt werden, und dies ist es, was die Symmetrie bricht. Daher ist die elektrische Polarisation des Kristalls mit einem magnetischen Feld verändert werden. „Polarization ist, wenn die positiven und negativen Ladungen in den Kristall ein wenig verschoben sind, in Bezug zueinander“, erläutert Pimenov. „Das wäre einfach mit einem elektrischen Feld zu erreichen, aber aufgrund des magnetoelektrischen Effekt, ist dies auch möglich, ein magnetisches Feld verwendet wird.“

Es ist nicht die Stärke, es ist die Richtung

Je stärker das Magnetfeld, desto stärker ist seine Wirkung auf die elektrische Polarisation. „Das Verhältnis zwischen Polarisation und Magnetfeldstärke ungefähr linear ist, was nichts Ungewöhnliches“, sagt Andrei Pimenov. „Bemerkenswert ist jedoch, dass die Beziehung zwischen Polarisation und die Richtung des Magnetfeldes ist stark nichtlinear. Wenn Sie die Richtung des Magnetfeldes ein wenig ändern, die Polarisation vollständig umkippen kann. Dies ist ein neuer bildet den magnetoelektrischen Effekts, der vor nicht bekannt war.“ So eine kleine Drehung kann entscheiden, ob das Magnetfeld die elektrische Polarisation des Kristalls verändern kann oder nicht.

Möglichkeit für neue Speichertechnologien

„Der magnetoelektrische Effekt wird eine immer wichtigere Rolle für verschiedene technische Anwendungen spielen“, sagt Andrei Pimenov. „In einem nächsten Schritt werden wir versuchen, die magnetischen Eigenschaften mit einem elektrischen Feld ändert elektrische Eigenschaften mit einem Magnetfeld anstatt zu ändern. Grundsätzlich soll dies auf genau die gleiche Art und Weise möglich sein.“

Wenn dies gelingt, wäre es eine viel versprechende neue Art und Weise zu speichern Daten in Feststoffen sein. „In Magnetspeicher wie Computer-Festplatten, Magnetfeldern sind heute gebraucht“, erklärt Pimenov. „Sie sind mit Magnetspulen erzeugt wird, die eine relativ große Menge an Energie und Zeit erfordert. Wenn es eine direkte Art und Weise war die magnetischen Eigenschaften eines Festkörperspeichers mit einem elektrischen Feld zu wechseln, ist dies ein Durchbruch sein würde.“