, En ny UNSW -studie granskar fullständigt den magnetiska strukturen hos multismaterialet vismutferrit (BiFeO3 — BFO).

Granskningen avancerar FLEETs sökande efter elektronik med låg energi, samla aktuell kunskap om den magnetiska ordningen i BFO -filmer, och ge forskare en solid plattform för att vidareutveckla detta material i lågenergiska magnetoelektriska minnen.

BFO är unikt genom att det visar både magnetisk och elektronisk beställning (dvs. är 'multiferroisk') vid rumstemperatur, möjliggör växling med låg energi i datalagringsenheter.

Multiferroics:kombinerad magnetisk och elektronisk beställning för lågenergi datalagring

Multiferroics är material som har mer än en "orderparameter".

Till exempel, ett magnetiskt material visar magnetisk ordning:du kan tänka dig att materialet består av massor av snyggt arrangerade (beställda), små magneter.

Vissa material visar elektronisk ordning - en egenskap som kallas ferroelektricitet - som kan betraktas som den elektriska ekvivalenten till magnetism.

I ett ferroelektriskt material, vissa atomer är positivt laddade, andra är negativt laddade, och hur dessa atomer är arrangerade i materialet ger en specifik ordning till laddningen i materialet.

I naturen, en liten del av kända material har både magnetisk och ferroelektrisk ordning (som är fallet för BFO) och kallas således multiferroiska material.

Kopplingen mellan magnetisk och ferroelektrisk ordning i ett multiferroiskt material låser upp intressant fysik och öppnar vägen för applikationer som energieffektiv elektronik, till exempel i icke-flyktiga minnesenheter.

Studier på FLEET fokuserar på den potentiella användningen av sådana material som en omkopplingsmekanism.

Lagringen av data på traditionella hårddiskar är beroende av att varje bitars magnetiska tillstånd byts:från noll, till en, till noll. Men det tar en relativt stor mängd energi för att generera magnetfältet som krävs för att uppnå detta.

I ett 'multiferroiskt minne, "kopplingen mellan den magnetiska och ferroelektriska ordningen kan tillåta" vändning "av bitens tillstånd med hjälp av elektriska fält, snarare än ett magnetfält.

Elektriska fält är mycket mindre energiskt dyra att generera än magnetfält, så multiferroiskt minne skulle vara en betydande vinst för elektronik med ultralåg energi, ett viktigt mål i FLEET.

BFO:Ett unikt multiferroiskt material

Bismutferrit (BFO) är unikt bland multiferroiker:dess magnetiska och ferroelektriska håller sig upp till rumstemperatur. De flesta multiferroics uppvisar bara båda beställningsparametrarna långt under rumstemperatur, vilket gör dem opraktiska för elektronik med låg energi.

(Det är ingen idé att designa lågenergielektronik om det kostar dig mer energi att kyla systemet än du sparar i drift.)

Den nya UNSW -studien granskar vismutferritens magnetiska struktur; särskilt, när det odlas som ett tunt enkristallskikt på ett substrat.

Papperet undersöker BFO:s komplicerade magnetiska ordning, och de många olika experimentella verktyg som används för att undersöka och hjälpa till att förstå det.

Multiferroics är ett utmanande ämne. Till exempel, för forskare som försöker komma in på fältet, Det är mycket svårt att få en fullständig bild av magnetismen hos BFO från någon referens.

"Så, vi bestämde oss för att skriva det, "säger doktor Daniel Sando." Vi var i perfekt läge för att göra det, eftersom vi hade all information i våra huvuden, Stuart skrev ett litteraturöversiktskapitel, och vi hade den kombinerade nödvändiga fysikbakgrunden för att förklara de viktiga begreppen på ett sätt i handledningsstil. "

Resultatet är ett omfattande, komplett, och detaljerad granskningsartikel som kommer att locka betydande uppmärksamhet från forskare och kommer att fungera som en användbar referens för många.

Medförfattare Dr Stuart Burns förklarar vad nya forskare inom multiferroics kommer att vinna på artikeln:

"Vi strukturerade recensionen som ett startpaket för att bygga-eget-experiment:läsare kommer att följas av BFO:s kronologi, ett urval tekniker att använda (tillsammans med fördelarna och fallgroparna för varje) och olika intressanta sätt att ändra fysiken i spel. Med dessa bitar på plats, experimenter kommer att veta vad de kan förvänta sig, och kan fokusera på att konstruera nya lågenergianordningar och minnesarkitekturer. "

Den andra huvudförfattaren, Oliver Paull, säger "Vi hoppas att andra forskare inom vårt område kommer att använda detta arbete för att utbilda sina studenter, lära sig nyanser av materialet, och har en referensartikel som innehåller alla relevanta referenser-den senare i sig ett oerhört värdefullt bidrag. "

Prof Nagy Valanoor tillade "Den mest tillfredsställande aspekten av denna uppsats var dess stil som ett lärobokskapitel. Vi lämnade ingen sten omvänd!"

Diskussionsunderlaget innehåller införlivande av BFO i funktionella enheter som använder tvärkopplingen mellan ferroelektricitet och magnetism, och mycket nya fält som antiferromagnetisk spintronik, där den kvantmekaniska egenskapen hos elektronens snurr kan användas för att behandla information.

"Experimentalistens guide till cykloiden, eller icke -kollinjär antiferromagnetism i Epitaxial BiFeO ₃ "publicerades i Avancerade material i september 2020.

Nagarajan ('Nagy') Valanoors team vid UNSW Sydney har utförligt studerat BFO och andra ferromaterial, få en stor uppskattning för relevanta studier, och gör betydande framsteg själva.

Teamet syntetiserar ferroelektriska och ferromagnetiska heterostrukturer och nya topologiska oxider som används av andra FLEET-forskare som söker lågenergitransistorer, inom centrumets forskningstema 1 och möjliggörande teknik A.