Fizycy odkryć nowy efekt magnetoelektrycznych

Specjalny materiał zbadano na które na pierwszy rzut oka, bez efektu magnetoelektrycznych oczekuje się w ogóle. Ale teraz ostrożny eksperymenty wykazały, że efekt można zaobserwować w tym materiale, to tylko działa zupełnie inaczej niż zwykle. To może być kontrolowana w bardzo czuły sposób: Nawet niewielkie zmiany kierunku pola magnetycznego może zmienić właściwości elektryczne materiału do zupełnie innego stanu.

Symetria kontroluje sprzęgło

„Niezależnie od tego, właściwości elektryczne i magnetyczne kryształu są sprzężone lub nie zależy od wewnętrznej symetrii kryształu”, mówi prof Andrei Pimenov z Instytutu Fizyki Ciała Stałego na TU Wien. „Jeśli kryształ ma wysoki stopień symetrii, na przykład, jeśli jedna strona kryształu jest dokładnie lustrzanym odbiciem drugiej strony, to ze względów teoretycznych nie może być efekt magnetoelektrycznych”.

Odnosi się do kryształu, który został szczegółowo zbadane, tak zwane langasite z lantanu, gal, krzem i tlen, z domieszką węgla Holm. „Struktura kryształu jest tak symetrycznie, że powinna ona faktycznie nie dopuszczać żadnego wpływu magnetoelektrycznych. A w przypadku słabych pól magnetycznych jest rzeczywiście bez jakiegokolwiek sprzężenia z właściwościami elektrycznymi kryształu”, mówi Andrei Pimenov. „Ale jeśli zwiększymy siłę pola magnetycznego, coś niezwykłego dzieje: W Holmium atomy zmieniają swój stan kwantowy i zyskać moment magnetyczny to przerwanie wewnętrzną symetrię kryształu.”.

Z czysto geometrycznego punktu widzenia, kryształ jest wciąż symetryczne, ale magnetyzm atomów musi być brane pod uwagę, jak również i to, co łamie symetrię. Dlatego polaryzacja elektryczna kryształu można zmienić za pomocą pola magnetycznego. „Polaryzacja jest, gdy dodatnie i ujemne ładunki w krysztale są przesunięte trochę w odniesieniu do siebie,” wyjaśnia Pimenov. „To będzie łatwe do osiągnięcia za pomocą pola elektrycznego, ale ze względu na efekt magnetoelektrycznym, jest to również możliwe przy użyciu pola magnetycznego”.

To nie siła, to jest kierunek

Im silniejsze pole magnetyczne, tym silniejszy jego wpływ na polaryzacji elektrycznej. „Zależność między polaryzacji i natężenia pola magnetycznego jest w przybliżeniu liniowy, który nie jest niczym niezwykłym,” mówi Andrei Pimenov. „Co jest niezwykłe jest jednak to, że relacje między polaryzacji i kierunku pola magnetycznego jest silnie nieliniowa. W przypadku zmiany kierunku pola magnetycznego trochę, polaryzacja może całkowicie przewrócić. Jest to nowy Forma magnetoelektrycznym efekt, który nie był wcześniej znany.” Tak mała rotacja może zdecydować, czy pole magnetyczne może zmienić polaryzację elektryczną kryształu czy nie.

Możliwość nowych technologii magazynowania

„Efekt magnetoelektrycznych będą odgrywać coraz ważniejszą rolę dla różnych zastosowań technologicznych”, mówi Andrei Pimenov. „W następnym kroku będziemy próbować zmienić właściwości magnetycznych z polem zamiast zmieniać właściwości elektryczne z polem magnetycznym elektrycznym. W zasadzie powinno to być możliwe w dokładnie taki sam sposób.”

Jeśli to się powiedzie, to byłby obiecujący nowy sposób na przechowywanie danych w ciałach stałych. „W pamięciach magnetycznych, takich jak dyski twarde komputerów, pola magnetyczne są potrzebne dzisiaj” Pimenov wyjaśnia. „Oni są generowane z cewek magnetycznych, który wymaga stosunkowo dużej ilości energii i czasu. Gdyby istniał bezpośredni sposób przełączać właściwości magnetycznych pamięci SSD z polem elektrycznym, będzie to przełom.”

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