Delar av BiFeO3 -gitteret av cykloidala och kollinära faser med endast Fe -joner visas till vänster och höger, respektive. Pilarna anger Fe3+ momentriktningen. Grundtillståndet för BiFeO3 hade en cykloid spinnstruktur, som destabiliseras genom substitution av Co för Fe och vid högre temperaturer. De magnetiska centrifugeringsmomenten kompenserar med varandra i den vänstra panelen, men kantning mellan angränsande snurr leder till att svag ferromagnetism uppträder i den vänstra panelen. Upphovsman:Tokyo Institute of Technology
Traditionellt datorminne, känd som DRAM, använder elektriska fält för att lagra information. I DRAM, närvaron eller frånvaron av en elektrisk laddning indikeras antingen med nummer 1 eller nummer 0. Tyvärr, denna typ av informationslagring är övergående och information går förlorad när datorn stängs av. Nyare typer av minne, MRAM och FRAM, använda långvarig ferromagnetism och ferroelektricitet för att lagra information. Dock, ingen teknik kombinerar än så länge de två.
För att hantera denna utmaning, en grupp forskare som leds av prof. Masaki Azuma från laboratoriet för material och strukturer vid Tokyo Institute of Technology, tillsammans med docent Hajime Hojo vid Kyushu University tidigare vid Tokyo Tech, Prof. Ko Mibu vid Nagoya Institute of Technology och fem andra forskare visade multiferroiska karaktären hos en tunn film av BiFe1-xCoxO3 (BFCO). Multiferroiska material uppvisar både ferromagnetism och ferroelektricitet. Dessa förväntas användas som minnesenheter med flera tillstånd. Vidare, om de två orden är starkt kopplade och magnetiseringen kan reverseras genom att applicera ett externt elektriskt fält, materialet ska fungera som en form av magnetiskt minne med låg strömförbrukning.
Tidigare forskare hade spekulerat i att ferroelektrisk BFO tunn film, en nära släkting till BFCO, kan också vara ferromagnetisk, men de motverkades av närvaron av magnetisk orenhet. Professor M. Azumas team syntetiserade framgångsrikt ren, tunna filmer av BFCO genom att använda pulserad laseravsättning för att utföra epitaxial tillväxt på ett SrTiO3 (STO) -substrat. De genomförde sedan en serie tester för att visa att BFCO är både ferroelektriskt och ferromagnetiskt vid rumstemperatur. De manipulerade riktningen för ferroelektrisk polarisering genom att applicera ett elektriskt fält, och visade att lågtemperatur cykloidal spinnstruktur, väsentligen samma som för BiFeO3, ändras till en kollinjär med ferromagnetism vid rumstemperatur.
I framtiden, forskarna hoppas kunna inse elektrisk kontroll av ferromagnetism, som kan tillämpas vid låg strömförbrukning, icke-flyktiga minnesenheter.
Ferroelektrisk hystereslinga (vänster) och magnetisk hystereslinga (höger) mätt vid rumstemperatur indikerar samexistensen av ferroelektricitet och ferromagnetism. Upphovsman:Tokyo Institute of Technology
