Forskare vid Tokyo Institute of Technology har uppnått magnetiseringsreversering i kobolt-substituerad vismutferrit genom att applicera ett elektriskt fält. Forskare har sökt en sådan teknik i över ett decennium för att göra nya typer av magnetiska minnesenheter med låg strömförbrukning.

I den informationsteknologiska revolutionens tid, elektronik kräver snabb utveckling som underlättas av större ansträngningar från materialforskare. Särskilt, en bättre förståelse för de elektromagnetiska egenskaperna hos material och nya sätt att utnyttja dem skulle möjliggöra tillverkning av enheter baserade på sådana principer.

Två år sedan, en forskargrupp från Laboratory for Materials and Structures vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), ledd av prof. Masaki Azuma, visade lovande egenskaper hos kobolt-substituerad vismutferrit (BFCO). Detta märkliga material uppvisar både ferroelektriska och ferromagnetiska egenskaper vid rumstemperatur; teamet drog slutsatsen att dessa är kopplade på ett sätt som skulle kunna utnyttjas för att uppvisa omkastning av magnetiseringen av materialet genom applicering av ett elektriskt fält vid rumstemperatur utan behov av elektrisk ström.

I en nyare studie, teamet presenterade bevis på denna hypotesiska magnetiseringsomkastning i tunna filmer av BFCO vid rumstemperatur. Medan tidigare forskare såg viss framgång med att uppnå magnetiseringsreversering, deras resultat var för magnetisering i planet på ett flerskiktsmaterial, vilket har vissa nackdelar. "Direkt observation av magnetiseringsomkastning på ett enfasmaterial med ferroelektriska och ferromagnetiska ordningar är avgörande för studiet av den inneboende kopplingen mellan dem. Dessutom, magnetiseringsreversering utanför planet är önskvärt ur integrationssynpunkt, " förklarar Azuma.

Således, teamet tillverkade tunna BFCO-filmer som uppvisade spontan magnetisering. Eftersom BFCO är mycket känsligt för gitterpåkänning, dessa tunna filmer odlades på ortorombisk GdScO ₃ , vars gitterstruktur matchar BFCO maximalt och stärker tillväxten av högkristallina filmer med minimal gitterpåkänning. Efter att ha verifierat närvaron av magnetisering utanför planet, teamet fortsatte med att undersöka korrelationen mellan de ferromagnetiska och ferroelektriska domänerna för att se om magnetiseringsomkastning var möjlig genom att byta elektrisk polarisation.

I de resulterande bilderna med piezoelektrisk kraftmikroskopi och magnetisk kraftmikroskopi, forskarna fann att deras försök var framgångsrika och att det var, verkligen, möjligt att uppnå magnetiseringsreversering utanför planet med hjälp av ett elektriskt fält vid rumstemperatur. Detta är första gången som en sådan bedrift har genomförts, och kan snart bli funktionsprincipen för en ny typ av minnesenhet.

Azuma säger, "Den nuvarande demonstrationen av magnetisk omkastning med hjälp av ett elektriskt fält banar väg för låg strömförbrukning, icke-flyktiga magnetiska minnen, såsom magnetoresistiva slumpmässiga minnen."