En ny studie ger insikt i multiferroiska material, som kan ha väsentliga konsekvenser på områden som datalagring.

Studien tittade på lantankobaltit (LaCoO ₃ eller LCO), en tunn kristallin film som en gång odlad på ett underlag, kan analyseras genom elektronmikroskopi och polariserad neutronreflektometri för att mäta elektrontäthet och skillnader i magnetisering, respektive.

LCO är speciellt eftersom det är ett ferroelastiskt material, vilket betyder att dess egenskaper kommer att förändras som svar på en stressor och behålla förändringarna efter att stressor har tagits bort.

En ultratunn film av LCO - en vars tjocklek är cirka 12 nanometer, eller 12 tusen-miljondelar av en meter-är särskilt unik eftersom den också är en ferromagnet. Kombinationen av att vara ferroelastisk och en ferromagnet betyder att ultratunn LCO är en multiferroic - ett material med elastiska och magnetiska egenskaper som kan förändras under spänning eller genom magnetfält. Det betyder att materialet kan, i princip, registrera stressen i sin omgivning som magnetisk information.

"En viktig upptäckt var att genom att odla LCO-filmerna på kemiskt olika substrat, eller baser, vi kan ändra filmens magnetiska egenskaper, sa Michael Fitzsimmons, en gemensam fysikprofessor vid University of Tennessee, Knoxville, och Oak Ridge National Laboratory och ledare för Thin Films and Nanostructures Group i ORNLs Neutron Scattering Division. Att enkelt kunna manipulera ett ämnes ferromagnetiska egenskaper är ett viktigt steg för att skapa enheter som kräver mindre energi för att fungera. När det gäller LCO, förbindelsen mellan dess ferroelastiska och ferromagnetiska egenskaper skulle drastiskt minska den mängd energi som för närvarande krävs av nuvarande magnetisk teknik.

"Ett exempel är ett magnetiskt läshuvud, en bit som används i digitala lagringsenheter, "Fitzsimmons sa." Ett magnetfält ändrar inriktningen av ett litet område av magnetiskt material - dess riktning representerar viss information. "Denna typ av magnetfält produceras av en strömpuls, som tar en betydande mängd energi.

"Om vi ​​istället kunde ändra magnetiseringens riktning genom att applicera elektrisk laddning utan att passera ström, då skulle vi inte behöva så mycket energi, "Sa Fitzsimmons.

"Ett syfte är att skapa enheter som kan göra nya saker som att känna av ljus, kemisk sammansättning, magnetiska fält, eller värme, eller manipulera och lagra data i kompakta objekt som inte kräver mycket energi för att fungera. "