(PhysOrg.com) - Ett team ledd av forskare från University of Wisconsin-Madison har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt för att skapa kraftfulla nanoenheter, och deras upptäckter kan bana väg för andra forskare att påbörja en mer omfattande utveckling av dessa enheter.
Upptäckten publicerades i onlineupplagan av Naturmaterial idag (28 februari). Chang-Beom Eom, en UW-Madison professor i materialvetenskap och teknik, leder laget, som inkluderar UW-Madison doktorander och forskarkollegor och samarbetspartners från Penn State University, University of Michigan och University of California, Berkeley.
Särskilda metalloxidmaterial (inklusive vissa ferriter) har en unik magnetoelektrisk egenskap som gör att materialet kan byta sitt magnetfält när dess polarisation växlas av ett elektriskt fält och vice versa. Denna egenskap innebär att dessa material kan användas som baser för enheter som fungerar som signalöversättare som kan producera elektriska, magnetiska eller till och med optiska svar, och enheterna kan lagra information i vilken som helst av dessa former.
Detta kan producera en mängd olika magnetoelektriska enheter med ett brett spektrum av applikationer, som nya integrerade kretsar eller små elektroniska enheter med hårddiskars informationslagringskapacitet.
"Vi har alla elektriska och magnetiska enheter som fungerar oberoende, men ibland vill vi ha dessa funktioner integrerade i en enhet med en signal som används för flera svar, säger Eom.
Väsentligen, Eom och hans team har utvecklat en färdplan för att hjälpa forskare att "koppla ihop" ett materials elektriska och magnetiska mekanismer. När forskare leder en ström genom en magnetoelektrisk enhet, elektriska signaler följer det elektriska fältet som en väg. Signalernas slutmål kan vara, som ett exempel, en minnes "bank" som drivs av ett magnetfält. När forskarna byter det elektriska fältet, signalerna möter en gaffel i vägen. Även om båda stiften på gaffelhuvudet är i liknande riktning, en väg är den korrekta och kommer att uppmana magnetfältet att växla. Detta kommer att tillåta att informationen som bärs av signalerna lagras i banken. Om signalerna tar den felaktiga vägen, det magnetiska tillståndet växlar inte, banken är fortfarande otillgänglig, och informationen går förlorad så snart det elektriska fältet stängs av.
Förutom att bestämma den rätta vägen för de elektriska signalerna, teamet har utvecklat en matris som säkerställer att korskopplingseffekten är stabil, eller icke-flyktiga, som möjliggör långtidslagring av data. Denna matris är sedan inbäddad i tunna filmer.
Dessa två upptäckter - den korrekta vägen och den stabiliserande matrisen - kommer att tillåta andra forskare att studera den grundläggande fysiken för korskoppling i material och börja undersöka hur man omvandlar de många möjligheterna med multifunktionella enheter till verklighet.
"Människor har föreställt sig flera användningsområden för korskoppling, " säger Eom. "Detta arbete kommer att tillåta oss att tillverka icke-flyktiga magnetoelektriska enheter i nanoskala, vilket innebär att vi kan lagra informationen även efter att strömmen stängts av."
