К удивлению исследователей, добавление немагнитного материала повысило магнитные свойства разрабатываемого ими мультиферроика.
Инженеры из Университета Райса в США разработали новый мультиферроидный материал, работающий при комнатной температуре, который демонстрирует десятикратное увеличение намагниченности и стократное увеличение магнитоэлектрической связи по сравнению со стандартными аналогами. Эта новая работа может проложить путь к созданию энергоэффективных вычислительных систем в будущем.
Современные вычислительные системы используют кремний, где информация хранится путем управления потоком электронов. Хотя это работало для нас в прошлом, по мере роста потребности в хранении данных этот материал также достигает пределов своей эффективности.
Вычислительная техника стремительно развивается, что приводит к резкому росту энергопотребления, которое может составить даже треть всей вырабатываемой на планете энергии. В долгосрочной перспективе это может сделать её неустойчивой. Это требует серьёзного переосмысления того, как дополнительные свойства электронов могут служить основой для новых форм вычислений.
На помощь приходят мультиферроики.
Мультиферроики — это материалы с несколькими параметрами порядка, которые изучаются уже более двух десятилетий. Перспективность этого материала обусловлена наблюдаемой связью между его магнитными свойствами. Эта связь, называемая магнитоэлектричеством, позволяет электрическому полю изменять намагниченность магнитного материала или магнитному полю изменять поляризацию материала.
Поскольку эти параметры гораздо проще изменять, данный материал может быть полезен для выполнения операций памяти и логических операций с гораздо меньшим энергопотреблением. При необходимости эти две функции можно объединить в одну.
Однако исследователи столкнулись с серьезной проблемой при использовании материала, который был бы одновременно сегнетоэлектрическим и магнитным при комнатной температуре.
Мультиферроик при комнатной температуре
Феррит висмута — это мультиферроик, который исследователи использовали ранее. Однако он страдает от слабого магнетизма, поскольку атомные моменты взаимно компенсируются. Когда исследователи из Университета Райса добавили к мультиферроику немагнитный компонент — титанат бария, — они наблюдали увеличение общей намагниченности материала при сохранении его электрических свойств.
Исследовательская группа, в состав которой входили научный сотрудник Тэ Ён Ким и профессор материаловедения и инженерии Университета Райса Лейн Мартин, была удивлена значительным увеличением намагниченности.
Процесс синтеза заключается в смешивании феррита висмута с титанатом бария для тщательного создания деформации, а затем в выращивании смеси в виде тонкой пленки на подложке, которая искажает ее кристаллическую структуру. Исследователи потратили более шести месяцев на изготовление и тестирование образцов. В ходе этого процесса также были привлечены другие члены команды для независимого расширения материала с целью обеспечения воспроизводимости результатов.
«Никто раньше не мог одновременно регулировать и деформацию, и химический состав», — заявил Лейн Мартин, специалист по материалам из Университета Райса, в пресс-релизе. «Нам удалось объединить две разные материальные системы в новый материал с новой структурой и новым сочетанием свойств».
Помимо того, что исследователи обнаружили новый материал для низкоэнергетических вычислений, они также продвинули науку о мультиферроидных материалах, объединив химию и деформацию для создания новых структур с неожиданными свойствами. К удивлению исследователей, добавление немагнитных атомов к материалу сделало его более магнитным.
Результаты исследования были опубликованы в журнале PNAS.
Sourse: interestingengineering.com
