Мультіферроікі
Вони потенційно дуже важливі для майбутнього магнітного зберігання даних і спінтронних пристроїв, надаючи простий і швидкий спосіб зміни своїх електричних і магнітних властивостей. У цієї багатообіцяючої розробки вчені спільно з Національною лабораторією Лоренса Берклі (Lawrence Berkeley National Laboratory) Департаменту енергетики США.
Працюючи з прототіпічного мультіферроіком, успішно продемонстрували як його можна перемкнути електричним полем.
"Використовуючи електричні поля, ми можемо створювати, видаляти і інвертувати p-n-переходи в вісмут-феритної плівці з домішками кальцію", - говорить керівник цього дослідження Рамамурті Рамеш (Ramamoorthy Ramesh), Напрямок матеріалознавства (Materials Sciences Division) Лабораторії Берклі.
Наступне покоління комп'ютерів буде компактнішим, швидким і набагато більш універсальним, ніж сьогоднішні пристрої завдяки, зокрема, очікуваному розвитку чіпів пам'яті, які зберігають дані за рахунок властивостей електронного спина і магнітного моменту.
Ферит вісмуту - мультіферроік, що складається з вісмуту, заліза і кисню (BiFeO3). Він є одночасно феромагнетиком і антиферомагнетиках і користується особливим інтересом у сфері спінтроніки, особливо після недавнього відкриття Рамеша. Вони виявили, що, хоча ферит вісмуту є ізоляційним матеріалом, його пронизують надтонкі шари, звані доменними стінами, які проводять електрику при кімнатній температурі. Це відкриття підказало, що при наявності вірної домішки, стан провідності можна стабілізувати, відкриваючи можливість для створення p-n-переходів, що грають ключове значення в твердотільної електроніки.
"Перетворення з ізолятора в провідник зазвичай контролюються за допомогою поєднання хімічних добавок і магнітних полів, але магнітні поля дуже дорогі і енерговитратних для практичного використання в комерційних зразках", - вважає Рамеш. "Електричні поля зручніші для контролю параметрів, оскільки з'являється можливість легко прикладати напругу до зразка і регулювати його значення для здійснення переходу ізолятор-провідник".
У дослідженні Рамеша до фериту вісмуту додали акцепторні іони кальцію, які, як було відомо, збільшують величину електричного струму, яку може пропускати ферит вісмуту. Додавання іонів кальцію створює позитивно-заряджені кисневі вакансії. Коли електричне поле прикладалася до фериту вісмуту з домішкою кальцію, кисневі вакансії ставали мобільними. Електричне поле сосредотачивало ці вакансії у поверхні плівки, створюючи напівпровідник n-типу в цій частині плівки, в той час як нерухомі іони кальцію створювали p-напівпровідник знизу. Реверсування напрямку електричного поля приводило до інвертування положення напівпровідників n-типу і p-типу, а ослаблення поля приводило до зникнення таких областей.
"За таким же принципом, як і у КМОП-пристроїв прикладання напруги здійснює перемикання стану, перемикач контролює властивості електронного переносу і змінює електричний опір з високого (ізолятор) до низького (провідник)", - говорить Рамеш.
У той час як звичайні КМОП-пристрої мають коефіцієнт комутації близько 1 млн. Дослідницькій групі Рамеша вдалося досягти значення близько 1 тисячі для їх плівки з фериту вісмуту з домішками кальцію. Хоча це значення досить для функціонування пристрою, і воно в два рази краще величини, що досягається в магнітних полях, Чен-Хо Янг (Chan-Ho Yang) з групи Рамеша, стверджує, що можна досягти ще більш високого показника. "Для того, щоб зробити включений стан більш проводять, ми обговорювали безліч ідей, в тому числі різні концентрації домішок кальцію, різні деформовані стану і умови вирощування і, врешті-решт, іншу структуру", - говорить Янг.
Після нового докази, що комбінація домішок і прикладеного електричного поля може змінити стан "ізолятор-провідник" мультіферроіка, вчені знаходять логічним визнання мультіферроіков рівновеликим з такими явищами, як величезна магнетоопір, високотемпературна надпровідність, надпровідний квантовий інтерферометр виявлення магнітних полів, а також спінтроніка.