Работа, co-led исследователями в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (Berkeley Lab) и Корнелльском университете, обрисована в изучении, которое будет издано 22 сентября в издании Nature.Исследователи спроектировали узкие, атомарно правильные фильмы шестиугольной lutetium окиси железа (LuFeO3), материал, что, как мы знаем, был прочным сегнетоэлектриком, но не решительно магнетические.
Окись железа Lutetium складывается из чередования единственных монослоев lutetium окисных и единственных монослоев окиси железа и отличается от прочной ferrimagnetic окиси, которая складывается из переменных монослоев lutetium окиси с двойными монослоями окиси железа (LuFe2O4).Исследователи нашли, что, шепетильно додавая один дополнительный монослой окиси железа к каждым 10 ядерным повторениям одноединственного примера монослоя, они имели возможность значительно изменить свойства материала и произвести очень сильно ferrimagnetic слой около комнатной температуры. Они тогда удостоверились в надежности новый материал, дабы продемонстрировать, что ferrimagnetic атомы следовали за выравниванием собственных сегнетоэлектрических соседей, в то время, когда переведено электрическим полем.Они сделали это при температурах в пределах от 200-300 kelvins (минус от 100 до 80 градусов по Фаренгейту), довольно ароматный по сравнению с другими такими multiferroics, каковые, в большинстве случаев, действующий при намного более низких температурах.
«Развитие материалов, каковые смогут действующий при комнатной температуре, делает их баллотирующимися кандидатами для сегодняшней электроники», сообщила создатель co-лидерства изучения Джулия Манди, Калифорнийский университет Постдокторант Президента и филиал в Berkeley Lab. «multiferroic, что мы создали, берет нас основной ход к той цели».Исследователи все больше искали альтернативы основанной на полупроводнике электронике за прошлое десятилетие, в то время, когда плотности микропроцессоров и увеличения скорости являются следствиеми громадных требований к электричеству и более тёплых схем.«Если Вы смотрите на это в широком смысле, примерно 5 процентов отечественного полного глобального потребления энергии израсходованы на электронику», сообщил co-ведущий-автор Рамамурти Рэмеш, Объединенный Глава лаборатории Berkeley Lab для Energy Technologies и учитель УКА Беркли материаловедения и физики и разработки. «Это – самый скоро растущий потребитель энергии во всем мире. Интернет Вещей ведет к установке электронных устройств везде.
Энергия в мире, расходуемая микроэлектроникой, как предполагается, составит 40-50 процентов к 2030, в случае если мы продолжим в текущем темпе и при отсутствии серьёзных шагов вперед в области, каковые ведут, дабы понизить потребление энергии».Наибольший путь к сокращению потребления энергии включает ferroic материалы. Главные преимущества железноэлектрики включают собственную обратимую поляризацию в ответ на электрические поля малой мощности и собственную свойство держать их поляризованное государство без потребности в постоянной власти. Неспециализированные примеры сегнетоэлектрических материалов включают карты транзита и, позднее, микросхемы памяти.
Ферромагнетики и ferrimagnets имеют подобные изюминки, отвечая на магнитные поля, и употребляются в датчиках и жёстких дисках.Соединение сегнетоэлектрика и ferrimagnetic материалов в один multiferroic фильм захватило бы преимущества обеих совокупностей, разрешив более широкий диапазон приложений памяти с минимальными требованиями к питанию. Это был неудобный брак, но, по причине того, что силы должны были выровнять один тип материала, не трудятся на другой.
Поляризация сегнетоэлектрического материала не имела бы никакого результата на ferrimagnetic один.Манди начал заниматься данной проблемой создания жизнеспособного multiferroic, тогда как она была аспирантом Корнелльского университета в лаборатории Даррелла Шлома, разработки и преподавателя материаловедения и ведущего специалиста в эпитаксии молекулярного луча. Ультраточная техника – что-то, что Шлом уподобляет ядерному окрашиванию распылением – разрешило исследователям проектировать и собирать два разных атома материалов атомом, слой по окончании слоя. Они намеренно усадили lutetium окись железа с чередованием окиси железа двойные слои (LuFe2O4) рядом с lutetium окисью железа с чередованием окиси железа единственные слои (LuFeO3), и что размещение имело все значение в подталкивании ferrimagnetic атомов, дабы переместиться вместе с сегнетоэлектрическими.
Дабы продемонстрировать, что это сцепление трудилось на ядерном уровне, исследователи забрали multiferroic фильм, созданный в Корнелле к Advanced Light Source (ALS) Berkeley Lab. В том месте, у них были экспертные знания и оборудование, дабы проверить изображения и материал захвата результата, применяя фотоэмиссионную микроскопию электрона.Трудясь с научными сотрудниками Андреасом Шоллем и Элке Аренхольцом в АЛЬСЕ, они применяли 5-вольтовое изучение от ядерного микроскопа силы, дабы перевести поляризацию сегнетоэлектрического материала вверх и вниз, создавая геометрический пример концентрических площадей. Они тогда продемонстрировали, что ferrimagnetic регионы в слоистом примере продемонстрировали тот же самый пример, кроме того при том, что никакое магнитное поле не употреблялось.
Направлением руководило электрическое поле, произведенное изучением.«Как раз, в то время, когда отечественные сотрудники в Berkeley Lab показали электрический контроль магнетизма в материале, мы сделали это, вещи взяли супер возбуждение!» сообщил Шлом в Корнелле. «Комнатная температура multiferroics редка.
Включая отечественный новый материал в общем итоге четыре известны, но лишь одна комнатная температура multiferroic была известна, в котором магнетизмом возможно было руководить электрически. Отечественная работа говорит о том, что совсем разный механизм активен в этом новом материале, давая нам надежду на значительно лучше – более большую температуру и более сильный – проявления для будущего».Исследователи после этого собираются исследовать стратегии понижения порога напряжения для влияния на направление поляризации. Это включает экспериментирование с разными основаниями для постройки новых материалов.
«Мы желаем продемонстрировать, что это трудится на уровне половины В, и на уровне 5 В», сообщил Рэмеш. «Мы кроме этого желаем сделать рабочее устройство с multiferroic».Хена Дас, приглашенный ученый из Berkeley Lab и объединенный эксперт в УКЕ Беркли, есть вторым соавтором на изучении.
Дас начал работу как постдокторский исследователь в Корнелльском университете и есть ведущим теоретиком на изучении.Офис Министерства энергетики Науки помог поддержать эту работу.
АЛЬС – Офис САМКИ Научного Пользовательского Средства.