Våra smartphones och datorer skulle inte vara lika användbara utan alla appar, musik, och videor vi håller på dem.

För närvarande, våra enheter lagrar denna information främst på två olika sätt:antingen genom elektriska fält (tänk på en flash -enhet) eller genom magnetfält (tänk på en dators hårddisk).

Var och en har sina fördelar och nackdelar. Dock, i framtiden, vår elektronik kan dra nytta av det bästa av varje.

"Det finns ett intressant koncept, "säger Chang-Beom Eom, Theodore H. Geballe professor och Harvey D. Spangler Distinguished Professor i materialvetenskap och teknik vid University of Wisconsin-Madison. "Kan du koppla ihop dessa två olika sätt att lagra information? Kan vi använda ett elektriskt fält för att ändra de magnetiska egenskaperna? Då kan du ha en lågeffekt, multifunktionell enhet. Vi kallar detta en "magnetoelektrisk" enhet. "

I forskning publicerad 17 november, 2017, i tidningen Naturkommunikation , Eom och hans medarbetare beskriver inte bara deras unika process för att göra ett högkvalitativt magnetoelektriskt material, men exakt hur och varför det fungerar. Wittawat Saenrang är huvudförfattare till tidningen.

Magnetoelektriska material - som har både magnetiska och elektriska funktioner, eller "beställningar" - finns redan. Att byta en funktionalitet orsakar en förändring i den andra. "Det kallas tvärkoppling, "säger Eom." Ändå, hur de korsar par är inte klart förstått. "

Att få den förståelsen, han säger, kräver att man studerar hur de magnetiska egenskaperna ändras när ett elektriskt fält appliceras. Tills nu, detta har varit svårt på grund av den komplicerade strukturen hos de flesta magnetoelektriska material.

Förr, säger Eom, människor studerade magnetoelektriska egenskaper med hjälp av mycket "komplexa" material, eller de som saknar enhetlighet.

I hans tillvägagångssätt, Eom förenklade inte bara forskningen, men själva materialet.

Utifrån sin expertis inom materialtillväxt, han utvecklade en unik process, med hjälp av atomiska steg, "för att styra tillväxten av en homogen, tunn kristallfilm av vismutferrit. Ovanpå det, han tillsatte kobolt, som är magnetisk; på botten, han placerade en strontiumrutenatelektrod.

Det homogena, enkristallmaterial var viktigt eftersom det gjorde det mycket lättare för Eom att studera den grundläggande magnetoelektriska tvärkopplingen. "Vi fann att i vårt arbete, på grund av vår enda domän, vi kunde faktiskt se vad som hände med hjälp av flera sonder, eller bildbehandling, tekniker, "säger han." Mekanismen är inneboende. Det är reproducerbart - och det betyder att du kan göra en enhet utan någon försämring, på ett förutsägbart sätt. "

För att avbilda de förändrade elektriska och magnetiska egenskaperna som växlar i realtid, Eom och hans kollegor använde de kraftfulla synkrotronljuskällorna vid Argonne National Laboratory och i Schweiz och Storbritannien. "När du byter, det elektriska fältet växlar den elektriska polarisationen. Om det är nedåtgående, 'det växlar' uppåt, "säger han." Kopplingen till det magnetiska skiktet ändrar sedan dess egenskaper:en magnetoelektrisk lagringsanordning. "

Den förändringen i riktning gör det möjligt för forskare att ta nästa steg som behövs för att lägga till programmerbara integrerade kretsar - byggstenarna som är grunden för vår elektronik - till materialet.

Medan det homogena materialet gjorde det möjligt för Eom att svara på viktiga vetenskapliga frågor om hur magnetoelektrisk tvärkoppling sker, det kan också göra det möjligt för tillverkare att förbättra sin elektronik. "Nu kan vi designa en mycket mer effektiv, effektiv och energisnål enhet, " han säger.