Два года назад исследователи в лабораториях Даррелла Шлома, профессора Герберта Фиска Джонсона Промышленной Химии в Отделе Материаловедения и Разработки, и Дэна Ральфа, профессора Ф.Р. Ньюмана в Колледже Искусств и Наук, в сотрудничестве с преподавателем Рамамурти Рэмешем в УКЕ Беркли, опубликовали работу, объявляющую о прорыве в multiferroics вовлечение единственного известного материала, в котором магнетизмом можно управлять, применяя электрическое поле при комнатной температуре: multiferroic феррит висмута.Группа Шлома сотрудничала с Дэвидом Мюллером и Крэйгом Фенни, преподавателями прикладной и технической физики, чтобы взять то исследование шаг вперед: исследователи объединили два non-multiferroic материала, используя лучшие признаки обоих, чтобы создать новую комнатную температуру multiferroic.
Их статья, «Атомарно спроектировал ferroic слои, приводит к комнатной температуре магнитоэлектрический multiferroic», был издан – наряду с сопутствующими Новостями & частью Взглядов – 22 сентября по своей природе. Ведущие авторы – Джулия Манди, доктор философии ’14, бывший докторант, работающий совместно с Мюллером и Шломом, который является теперь постдокторским исследователем в Калифорнийском университете, Беркли; Чарльз Брукс, доктор философии, приглашенный ученый в группе Шлома; и Меган Холц, докторант в группе Мюллера.Группа спроектировала тонкие пленки шестиугольной lutetium окиси железа (LuFeO3), материал, который, как известно, был прочным сегнетоэлектриком, но не решительно магнитная.
LuFeO3 состоит из чередования единственных монослоев lutetium окисной и окиси железа и отличается от прочной ferrimagnetic окиси (LuFe2O4), который состоит из переменных монослоев lutetium окиси с двойными монослоями окиси железа.Исследователи нашли, однако, что они могли объединить эти два материала в уровне атомов, чтобы создать новый комплекс, который не был только multiferroic, но и имел лучшие свойства что любой из отдельных элементов. В частности, они нашли, что должны добавить всего один дополнительный монослой окиси железа к каждым 10 атомным повторениям LuFeO3, чтобы существенно изменить свойства системы.
Та разработка точности была сделана через эпитаксию молекулярного луча (MBE), специальность лаборатории Schlom. Техника, которую Schlom уподобляет «атомному окрашиванию распылением», MBE, позволила исследователям проектировать и собрать два различных материала в слоях, единственный атом за один раз.Комбинация этих двух материалов произвела сильно ferrimagnetic слой около комнатной температуры.
Они тогда проверили новый материал в Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) Продвинутый Источник света в сотрудничестве с соавтором Рэмешем, чтобы показать, что ferrimagnetic атомы следовали за выравниванием своих сегнетоэлектрических соседей, когда переключено электрическим полем.«Именно, когда наши сотрудники в LBNL продемонстрировали электрический контроль магнетизма в материале, мы сделали это, вещи получили супер возбуждение», сказал Шлом. «Комнатная температура multiferroics чрезвычайно редка и только multiferroics, которые позволяют электрический контроль магнетизма, относятся к заявлениям».
В устройствах электроники преимущества multiferroics включают свою обратимую поляризацию в ответ на электрические поля малой мощности – в противоположность производству тепла и иссушающему власть электрическому току – и их способность держать их поляризованное государство без потребности в непрерывной власти. Высокоэффективные микросхемы памяти используют сегнетоэлектрические или ферромагнитные материалы.
«Наша работа показывает, что совершенно различный механизм активен в этом новом материале», сказал Шлом, «дав нам надежду на еще лучше – более высокую температуру и более сильный – multiferroics для будущего».