10/07/2015 - Multiferroische Werkstoffe werden die Energieeffizienz bei der Datenspeicherung verbessern

Menéame

Forscher der Universität Zaragoza und CSIC, zusammen mit anderen Gruppen aus Spanien, der Schweiz und Deutschland, haben sie zum ersten Mal dünne Filme aus einem Material mit mehreren ferroischen Eigenschaften (magnetische und eisentechnische Geräte), die dazu beitragen würden, eine neue Generation von verbrauchsarmen Informationsspeichern zu schaffen. Bis zu zehnmal würde der Energieverbrauch des Informationsaufzeichnungsprozesses gesenkt und damit wesentlich effizientere Geräte erreicht werden.

Die sehr knappen Materialien, in denen es präsentiert wird, genannt mehrstufig, sie sind Gegenstand einer sehr aktiven Forschung in den letzten zehn Jahren, aber in einem gleichen Material koexistieren magnetische und ferroelektrische Eigenschaften Gleichzeitig ist dies äußerst selten, da die Mechanismen, die sie erzeugen, in der Regel gegenseitig ausschließend sind. Darüber hinaus wird daran gearbeitet, mehrschichtige Materialien zu entdecken, die ihre Eigenschaften bei Raumtemperatur halten, da die bisher bekannten Materialien nur bei sehr niedrigen Temperaturen unter -200 °C erworben werden.

Daher die Bedeutung der Zusammenarbeit mehrerer Forschungsgruppen in Spanien, der Schweiz und Deutschland, die einen weiteren Schritt zu ihrer Verwirklichung getan hat, wie der Artikel "Strain-induced coupling of elektrical polarization and structural defects in SrMnO3 films" und die Zeitschrift Natur Nanotechnology. Obwohl SrNO3 kein Polarmaterial ist, haben diese Forscher es geschafft, dünne Filme herzustellen, die es sind, und zwar auch bei Raumtemperatur.

Die Autoren des Artikels in Aragon gehören zum Institut für Nanowissenschaften von Aragonien (INA), Labor für fortgeschrittene Mikroskopien (Universität Zaragoza) und Institut für Aragón-Materialwissenschaften (Unizar-CSIC) Laura Maurel: Promotionsstudent(INA); Cäsar Magén: Forscher der ARAID-Stiftung, INA, Abteilung für Physik der Condensada-Mathematik und Labor für fortgeschrittene Mikroskopien; Eric Langenberg: Postdoktoratsforscher, engagiert,(INA); Javier Blasco: wissenschaftlicher Forscher des CSIC, ICMA und Abteilung für Physik der Condensada Materie; Pedro A. Algarabel: Professor für Forschung am CSIC, ICMA und Abteilung für Physik der Condensada Materie und José Angel Pardo: Professor für Universität, Abteilung für Wissenschaft und Technologie für Werkstoffe und Fluide und INA.

Methodik

Die Methode zur Gewinnung dieser dünnen SrMnO3-Folien mit mehreren ferroischen Eigenschaften wird epitaxiale Verformung genannt und besteht darin, sehr dünne Schichten (etwa 20 Nanometer dick) zu bilden, die leicht an ihre Enden gestreckt sind, ähnlich wie die Haut einer Trommel. Diese Form der Zubereitung führt dazu, dass das Manganatom spontan aus dem Zentrum seiner kubischen Zelle herausfällt und damit die Symmetrie der Verteilung der elektrischen Ladungen bricht. Das Erstaunlichste ist, dass dieses Material sowohl magnetisch ist (da es Mangan enthält), nämlich antiferromagnetisch, wenn auch nur bei ca. -100oC. Auf jeden Fall stellt diese Arbeit einen großen Fortschritt dar, indem sie die Nützlichkeit der epitaxialen Verformung als Methode zur Herstellung neuer Mehrufermaterialien prüft, bei denen in naher Zukunft die Magnetisierung durch elektrische Felder bei Raumtemperatur gesteuert werden kann.

Dieses Ergebnis ist das Ergebnis der seit Jahrzehnten laufenden Forschung. Einige Wissenschaftler begannen sich Ende des letzten Jahrhunderts zu fragen, ob ein Material sowohl polar als auch magnetisch sein kann. Stellen wir uns acht gleich große Atome vor, die sich in den Ecken eines perfekten Würfels befinden. Wo ist der Mittelpunkt der negativen Ladungen? Es ist klar, dass es in der Mitte des Würfels liegt. Angenommen, es gibt auch ein Atom mit positiver elektrischer Ladung an diesem zentralen Punkt. Wir können also sagen, dass das Zentrum der positiven und der negativen Lasten übereinstimmen. Diese Art der Sortierung der Ionen (positiv und negativ) ist in den meisten bekannten Keramiken am häufigsten. Diese Strukturen werden als zentralimetrische oder nicht-polare Strukturen bezeichnet.

Wird ein nicht-polares Isoliermaterial mit einem elektrischen Feld, z. B. zwischen den Platten eines Kondensators, aufgebracht, so bewegen sich die positiven und negativen Atome leicht in entgegengesetzte Richtungen. Auf diese Weise entsteht ein Polar- oder asymmetrischer Zustand, in dem die Zentren ihrer positiven und negativen Belastungen nicht mehr übereinstimmen. Wenn das elektrische Feld abgeschaltet wird, kehren die Atome zu ihren zentrierten Positionen zurück und die Ausgangssituation wird wiederhergestellt.

Es gibt jedoch einige Materialien, die diesen Polarzustand spontan aufweisen, d. h. ohne dass sie von außen mit einem elektrischen Stimulans versorgt werden müssen. Diese Materialien sind relativ selten, aber sehr nützlich. Zum Beispiel werden die Eisen-Keramik, die zu dieser Gruppe gehören, verwendet, um elektrische Energie zu speichern, wie in den Blitzen der Kameras, oder digitale Informationen, wie in den Speichern einiger Playstation-Modelle.

Auf der anderen Seite sind seit langem gut bekannt und sehr gebraucht, die magnetischen Materialien, die für die Herstellung von Magneten, Transformatoren, Kompass usw. verwendet werden. Ich bin sicher, daß viele Leser jemals einen Elektromagneten hergestellt haben, indem sie den Strom, der einen Stapel durch eine Rolle um einen Eisenstange rollt, kreisten. Die Magnetisierung eines Materials durch einen elektrischen Strom ist das Prinzip, auf dem die Aufnahme auf Magnetspeichern wie den Festplatten unserer Computer basiert.

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