Magnetoelektrik Sebagai Memori Elektronik Terbaru

Smartphone dan komputer tidak akan berguna tanpa ruang untuk banyak aplikasi, musik dan video.

Perangkat cenderung menyimpan informasi tersebut dengan dua cara: melalui medan listrik (seperti flash drive) atau melalui medan magnet (seperti piringan hard disk komputer). Setiap metode memiliki kelebihan dan kekurangan. Namun, ke depan, elektronik kita bisa mendapatkan keuntungan dari yang terbaik.

"Ada konsep yang menarik," kata Chang-Beom Eom, Profesor Theodore H. Geballe dan Harvey D. Spangler Guru Besar Ilmu dan Teknik Material di "Dapatkah Anda menggabungkan dua cara berbeda untuk menyimpan informasi? Bisakah kita menggunakan medan listrik untuk mengubah sifat magnetik? Maka Anda dapat memiliki perangkat multifungsi berdaya rendah. Kita menyebutnya perangkat 'magnetoelektrik'."

Dalam penelitian yang diterbitkan baru-baru ini di jurnal Nature Communications, Eom dan kolaboratornya tidak hanya menggambarkan proses unik untuk membuat magnetoelektrik yang berkualitas tinggi, namun bagaimana dan mengapa kerjanya.

Material Magnetoelectric - yang memiliki fungsi magnet dan listrik, atau "perintah" - sudah ada. Mengubah suatu fungsi yang memproses perubahan pada yang lain.

"Ini disebut kinerja-silang," kata Eom. "Namun, bagaimana mereka saling kinerja-silang tidak dipahami secara jelas."

Mendapatkan pemahaman itu, katanya, memerlukan mempelajari bagaimana sifat magnetik berubah saat medan listrik diterapkan. Sampai sekarang, ini sulit karena struktur bahan magnetoelektrik yang rumit.

Di masa lalu, kata Eom, orang mempelajari sifat magnetoelektrik menggunakan bahan yang sangat "kompleks", atau yang tidak memiliki keseragaman. Dalam pendekatannya, Eom menyederhanakan tidak hanya penelitian, tapi juga materinya sendiri.

Dengan memanfaatkan keahliannya dalam pertumbuhan material, ia mengembangkan proses yang unik, dengan menggunakan "langkah" atom untuk memandu pertumbuhan film tipis tipis ferit bismut yang homogen. Di atas itu, ia menambahkan kobalt, yang bersifat magnetis; Di bagian bawah, ia menempatkan sebuah elektroda yang terbuat dari strontium ruthenate.

Bahan ferit bismut penting karena membuat Eom lebih mudah mempelajari kinerja silang mendasar magnetoelektrik.

"Kami menemukan bahwa dalam pekerjaan kami, karena domain tunggal kami, kami benar-benar dapat melihat apa yang sedang terjadi dengan menggunakan beberapa teknik pencarian, atau pencitraan," katanya. "Mekanismenya bersifat intrinsik, bisa direproduksi - dan itu berarti Anda bisa membuat perangkat tanpa degradasi apapun, dengan cara yang bisa diprediksi."

Untuk mengubah sifat listrik dan magnetik yang berubah secara cepat, Eom dan rekan-rekannya menggunakan sumber cahaya sinkrotron yang kuat di Laboratorium Nasional Argonne di luar Chicago, di Swiss dan Inggris Raya.

"Bila Anda menyalakannya, medan listrik akan mengubah polarisasi listrik. Jika 'ke bawah', switch akan 'ke atas'," dia mengatakan. "Kopling ke lapisan magnetik kemudian mengubah propertinya: perangkat penyimpanan magnetoelektrik."

Perubahan arah memungkinkan peneliti untuk mengambil langkah selanjutnya yang diperlukan untuk menambahkan rangkaian terpadu yang dapat diprogram - rangkaian blok yang menjadi dasar elektronik kami - ke materi.

Sementara bahan homogen memungkinkan Eom untuk menjawab pertanyaan ilmiah penting tentang bagaimana kinerja berlawanan - magnetoelectric terjadi, hal itu juga dapat memungkinkan produsen memperbaiki barang elektronik mereka.

"Sekarang kita bisa merancang perangkat yang jauh lebih efektif, efisien dan berdaya rendah," katanya.

###

Tim Eom mencakup teori dan eksperimentalis, termasuk fisika UW-Madison Profesor Mark Rzchowski dan kolaborator di Diamond Light Source di Inggris, Temple University, University of Oxford, Laboratorium Nasional Argonne, Sumber Cahaya Swiss, Institut Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Luksemburg, dan Northern. Universitas Illinois.

Karya ini didukung oleh Kantor Riset Angkatan Darat (W911NF-10-1-0362 dan W911NF-13-1-0486) dan Departemen Energi (DE-FG02-03ER46097 dan DE-AC02-06CH11357).

--Renee Meiller, (608) 262-2481, meiller@engr.wisc.edu