Elektriska apparater som används idag använder ledande material för att styra elektroner dit de behövs. Dessa material måste fästas på plats och isoleras för att hålla elen på rätt väg. Ny forskning från University of Arkansas tar ett betydande steg mot en ny typ av elektrisk utrustning, som skulle använda de naturliga egenskaperna hos material som vismutferrit, tillsammans med en annan typ av ström, att skicka el snabbt genom mindre, tätare kretsar.

Sergey Prosandeev, en forskningsprofessor vid institutionen för fysik, arbetat med Yurong Yang, forskningsdocent; Charles Paillard, post doktorand; och Laurent Bellaiche, Framstående professor. Deras resultat publiceras i tidskriften npj Beräkningsmaterial .

Med hjälp av Arkansas High Performance Computing Center, dessa forskare skapade simuleringar av vismutferrit, en syntetisk, kristallint material. Vismutferrit är "multiferroisk, " vilket betyder att det har regioner, eller domäner, där molekylerna som utgör dess kristallina struktur uppvisar ett konsekvent mönster av elektrisk polarisation, magnetisering och förskjutning av laddade joner. Gränserna mellan dessa regioner kallas domänväggar. Dessa väggar är tvådimensionella och mycket smala - de mäts i tiondelar av nanometer.

I simuleringen, forskarna skapade en typ av ström, kallas förskjutningsström, genom att anbringa ett högfrekvent elektriskt fält på vismutferriten. Till skillnad från den elektriska strömmen som produceras av elektronernas rörelse, förskjutningsström är resultatet av jonernas vibration som svar på ett elektriskt fält. Forskarna fann att förskjutningsströmmen, som är en växelström, eller AC, rör sig naturligt längs domänväggarna i vismutferriten, och de fann också att den är jämförbar i storlek med likströmmen, eller DC, används för närvarande i elektriska apparater.

Forskare kan skapa domäner och flytta domänväggar i multiferroiska material genom att selektivt applicera elektriska fält. Genom att visa att dessa väggar kan användas för att överföra förskjutningsström, denna forskning är ett viktigt steg mot nya typer av elektriska apparater.

Forskarna förklarade att den kompakta karaktären hos dessa enheter skulle tillåta dem att vara mycket snabba och mycket små. "Detta öppnar vägen mot design av snabba elektroniska kretsar i nanoskala, " sa de i tidningen.