I en proof-of-concept-studie publicerad i Naturfysik , forskare ritade magnetiska rutor i ett omagnetiskt material med en elektrifierad penna och "läste" sedan denna magnetiska doodle med röntgenstrålar.

Experimentet visade att magnetiska egenskaper kan skapas och förintas i ett icke-magnetiskt material med exakt applicering av ett elektriskt fält – något som länge sökts av forskare som letat efter ett bättre sätt att lagra och hämta information på hårddiskar och andra magnetiska minnesenheter. Forskningen ägde rum vid Department of Energys SLAC National Accelerator Laboratory och Korea Advanced Institute of Science and Technology.

"Det viktiga är att det är reversibelt. Ändring av spänningen i det pålagda elektriska fältet avmagnetiserar materialet igen, sade Hendrik Ohldag, en medförfattare på papperet och forskare vid labbets Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL), en DOE Office of Science User Facility.

"Det betyder att den här tekniken kan användas för att designa nya typer av minneslagringsenheter med ytterligare lager av information som kan slås på och av med ett elektriskt fält, snarare än de magnetiska fält som används idag, ", sa Ohldag. "Detta skulle möjliggöra mer riktad kontroll, och skulle vara mindre benägna att orsaka oönskade effekter i omgivande magnetiska områden."

"Detta experimentella fynd är viktigt för att övervinna de nuvarande svårigheterna med lagringsapplikationer, sa Jun-Sik Lee, en SLAC-personalforskare och en av ledarna för experimentet. "Vi kan nu göra ett definitivt uttalande:Detta tillvägagångssätt kan implementeras för att designa framtida lagringsenheter."

Rada upp snurren

Ett materials magnetiska egenskaper bestäms av orienteringen av elektronernas snurr. I ferromagnetiska material, finns på hårddiskar, kylskåpsmagneter och kompassnålar, alla elektronsnurr är uppradade i samma riktning. Dessa snurr kan manipuleras genom att applicera ett magnetfält – vända dem från norr till söder, till exempel, att lagra information som ettor och nollor.

Forskare har också försökt olika sätt att skapa ett "multiferroiskt tillstånd, " där magnetism kan manipuleras med ett elektriskt fält.

"Detta har blivit en av teknologins heliga graler under det senaste decenniet, Ohldag sade. "Det finns studier som har visat aspekter av detta multiferroiska tillstånd tidigare. Nyheten här är att genom att designa ett visst material, vi lyckades både skapa och eliminera magnetism på ett kontrollerat sätt på nanoskala."

Överhörning mellan elektricitet och magnetism

I den här studien, teamet började med ett antiferromagnetiskt material – ett som har små magnetiska fläckar som tar bort varandra, så att det överlag inte fungerar som en magnet.

Både antiferromagneter och ferromagneter visar magnetiska egenskaper endast under en viss temperatur, och över den temperaturen blir de omagnetiska.

Genom att designa ett antiferromagnetiskt material dopat med grundämnet lantan, forskarna fann att de kunde justera materialets egenskaper på ett sådant sätt att elektricitet och magnetism kunde påverka varandra vid rumstemperatur. De kunde sedan vända de magnetiska egenskaperna med ett elektriskt fält.

För att se dessa ändringar, de ställde in ett röntgenmikroskop med skanningöverföring vid SSRL så att det kunde upptäcka elektronernas magnetiska spinn. Röntgenbilderna bekräftade att magnetiseringen hade inträffat, och var verkligen reversibel.

Nästa, forskargruppen skulle vilja testa annat material, för att se om de kan hitta ett sätt att göra effekten ännu mer uttalad.