Американские ученые создали наноматериал, способный одновременно обладать намагниченностью как у постоянных магнитов и его электрическим аналогом - постоянным электрическим дипольным моментом, на основе которого можно создать принципиально новые компоненты микроэлектроники.
Речь идет о так называемых мультиферроиках, обладающих одновременно свойствами ферромагнетиков - материалов, приобретающих намагниченность при действии на них достаточно сильного магнитного поля, и ферроэлектриков (сегнетоэлектриков) - материалов, приобретающих электрический дипольный момент при действии внешнего электрического поля. Такие материалы замечательны тем, что их электрическими свойствами можно управлять с помощью магнитного воздействия и наоборот, что можно использовать для создания устройств хранения информации со сверхвысокой плотностью записи. Кроме того, они могут использоваться в качестве чувствительных магнитных датчиков, в микроволновых устройствах передачи информации и многих других приложениях.
Их применение ограничивает то, что мультиферроики, существующие в природе, не могут проявлять одновременно напряженность электрического поля и степень намагниченности, достаточные для промышленного использования. По этим параметрам все до сих пор известные искусственно созданные или природные вещества уступают сегнетоэлектрикам и ферромагнетикам в тысячу раз. Для создания новых мультиферроиков ученые до сих пор чаще всего пытались использовать так называемый композитный подход - брали ферромагнетики и ферроэлектрики, "смешивали" их и изготавливали таким образом композитные материалы со свойствами мультиферроиков.
Этот подход до сих пор не позволил достичь успеха, а потому авторы публикации, группа ученых под руководством Дэррела Шлома (Darrell G. Schlom) из Корнельского университета в США, разработали новый подход к созданию подобных материалов. Базируясь на собственной теории таких материалов, группа Шлома пошла иным путем и для своей работы использовала материалы, изначально не обладающие ни магнитными, ни сегнетоэлектрическими свойствами. Ученые с помощью моделирования показали, что добиться получения мультиферроиков на основе таких веществ можно, немного растянув или сжав их кристаллическую решетку.
В своей работе ученые продемонстрировали успешность такого подхода экспериментально на примере титаната европия EuTiO3.
Добиться такого растяжения можно, выращивая тонкую пленку материала EuTiO3 на поверхности другого вещества, имеющего такую же кристаллическую решетку с немного большими расстояниями между атомами. Нарастающая поверх этой структуры пленка титаната европия будет стремиться подогнать расстояния между атомами своей кристаллической решетки под расстояния в "подложке", что и создаст необходимое механическое напряжение и растяжение кристаллической структуры титаната европия.
Подходящим для EuTiO3 соединением оказался скандат диспрозия DyScO3. Вырастив на его поверхности, с помощью стандартных для настоящего времени химических методик, тонкую пленку титаната европия толщиной всего несколько нанометров, ученые сумели убедиться, что материал проявляет одновременно сильные ферроэлектрические и ферромагнитные свойства, сравнимые со свойствами материалов, проявляющих эти свойства по отдельности. При этом растяжение кристаллической решетки EuTiO3 составляет всего 1%.
Чтобы разработка ученых стала пригодной для коммерческого использования, им необходимо разработать на основе своей успешно опробованной теории новые материалы, работающие при комнатной температуре. Описанный же в данной работе титанат европия проявляет свойства мультиферроика при температуре всего на четыре градуса выше температуры абсолютного нуля (минус 269 градусов Цельсия).
Их применение ограничивает то, что мультиферроики, существующие в природе, не могут проявлять одновременно напряженность электрического поля и степень намагниченности, достаточные для промышленного использования. По этим параметрам все до сих пор известные искусственно созданные или природные вещества уступают сегнетоэлектрикам и ферромагнетикам в тысячу раз. Для создания новых мультиферроиков ученые до сих пор чаще всего пытались использовать так называемый композитный подход - брали ферромагнетики и ферроэлектрики, "смешивали" их и изготавливали таким образом композитные материалы со свойствами мультиферроиков.
Этот подход до сих пор не позволил достичь успеха, а потому авторы публикации, группа ученых под руководством Дэррела Шлома (Darrell G. Schlom) из Корнельского университета в США, разработали новый подход к созданию подобных материалов. Базируясь на собственной теории таких материалов, группа Шлома пошла иным путем и для своей работы использовала материалы, изначально не обладающие ни магнитными, ни сегнетоэлектрическими свойствами. Ученые с помощью моделирования показали, что добиться получения мультиферроиков на основе таких веществ можно, немного растянув или сжав их кристаллическую решетку.
В своей работе ученые продемонстрировали успешность такого подхода экспериментально на примере титаната европия EuTiO3.
Добиться такого растяжения можно, выращивая тонкую пленку материала EuTiO3 на поверхности другого вещества, имеющего такую же кристаллическую решетку с немного большими расстояниями между атомами. Нарастающая поверх этой структуры пленка титаната европия будет стремиться подогнать расстояния между атомами своей кристаллической решетки под расстояния в "подложке", что и создаст необходимое механическое напряжение и растяжение кристаллической структуры титаната европия.
Подходящим для EuTiO3 соединением оказался скандат диспрозия DyScO3. Вырастив на его поверхности, с помощью стандартных для настоящего времени химических методик, тонкую пленку титаната европия толщиной всего несколько нанометров, ученые сумели убедиться, что материал проявляет одновременно сильные ферроэлектрические и ферромагнитные свойства, сравнимые со свойствами материалов, проявляющих эти свойства по отдельности. При этом растяжение кристаллической решетки EuTiO3 составляет всего 1%.
Чтобы разработка ученых стала пригодной для коммерческого использования, им необходимо разработать на основе своей успешно опробованной теории новые материалы, работающие при комнатной температуре. Описанный же в данной работе титанат европия проявляет свойства мультиферроика при температуре всего на четыре градуса выше температуры абсолютного нуля (минус 269 градусов Цельсия).
Обсуждения Наноматериал для устройств хранения информации