På TU Wien, forskare har tagit ett stort steg mot att koppla samman elektriska och magnetiska materialegenskaper, vilket är avgörande för möjliga tillämpningar inom elektronik.

Det är inte precis en ny uppenbarelse att elektricitet och magnetism är nära kopplade. Och ändå, magnetiska och elektriska effekter har studerats separat under en tid nu inom materialvetenskap. Magnetfält kommer vanligtvis att användas för att påverka magnetiska materialegenskaper, medan elektriska egenskaper kommer ner till elektrisk spänning. Sedan har vi multiferroics - en speciell grupp av material som kombinerar de två. I en ny utveckling, TU Wien har lyckats använda elektriska fält för att styra magnetiska svängningar av vissa järnhaltiga material. Detta har öppnat en enorm potential för datatekniska applikationer, eftersom data för närvarande överförs i form av elektriska signaler men lagras magnetiskt.

Elektriska och magnetiska material:polerna isär

Inom området solid state -fysik, det handlar ofta om att arbeta med materialegenskaper som kan påverkas av antingen magnetiska eller elektriska fält. Som en generell regel, magnetiska och elektriska effekter kan studeras separat eftersom deras orsaker är helt olika. Magnetiska effekter uppstår eftersom partiklar har en inre magnetisk riktning som kallas 'spin', medan elektriska effekter beror på positiva och negativa laddningar i ett material som kan skifta position i förhållande till varandra.

"När det gäller material med mycket specifika rumsliga symmetrier, dock, de två kan kombineras, "förklarar professor Andrei Pimenov från Institute of Solid State Physics vid TU Wien. Han har forskat kring denna speciella typ av material -" multiferroics " - i ett antal år nu. Multiferroics anses för närvarande vara ett lovande nytt område inom solid state fysik i global skala. Intressanta experiment har redan utförts för att undersöka hur magnetiska och elektriska effekter kan kopplas ihop och nu har Pimenov och hans forskargrupp lyckats använda elektriska fält för att styra högfrekventa magnetiska svängningar av ett material som består av av järn, bor och sällsynta jordartsmetaller för första gången.

"Materialet innehåller järnatomer som är trefaldigt positivt laddade. De har ett magnetmoment som oscillerar med en frekvens av 300 GHz, "säger Pimenov." Det finns ingen tvekan om att dessa svängningar skulle kunna kontrolleras med hjälp av ett magnetfält. Men det vi har lyckats visa är att dessa svängningar kan ändras på ett riktat sätt med hjälp av ett elektriskt fält. "Detta innebär att en dynamisk magnetisk effekt - järnatomernas magnetiska oscillationstillstånd - kan aktiveras eller avaktiveras med hjälp av en statisk elektrisk fält.

Magnetisk datalagring, elektrisk skrivning

Denna utveckling är särskilt intressant för framtida elektronikapplikationer:"Våra hårddiskar lagrar data magnetiskt, men det är otroligt svårt att skriva data snabbt och exakt på samma sätt, "säger Pimenov." Det är så mycket lättare att tillämpa ett elektriskt fält med exakt precision, eftersom allt du behöver är en enkel spänningspuls. Processen är mycket snabb och innebär ingen betydande energiförlust. "Men nu kan vi eventuellt ha möjlighet att använda material som kombinerar magnetiska och elektriska effekter för att sammanföra fördelarna med magnetisk lagring och elektrisk skrivning.