Обзор продвигает поиски низкоэнергетической электроники FLEET, объединяя текущие знания о магнитном порядке в пленках BFO и предоставляя исследователям прочную платформу для дальнейшей разработки этого материала в области низкоэнергетической магнитоэлектрической памяти.
BFO уникален тем, что отображает как магнитное, так и электронное упорядочение (т. Е. Является «мультиферроичным») при комнатной температуре, что позволяет переключать устройства хранения данных с низким энергопотреблением.
MULTIFERROICS: КОМБИНИРОВАННЫЙ МАГНИТНЫЙ И ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАКАЗ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ С НИЗКИМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ
Мультиферроики – это материалы, которые имеют более одного «параметра порядка».
Например, магнитный материал отображает магнитный порядок: вы можете представить, что материал состоит из множества аккуратно расположенных (упорядоченных) крошечных магнитов.
Циклоидная диаграмма BFO
Спин (магнитный порядок) в мультиферроидном материале висмут-феррит «циклирует» через кристалл, предлагая потенциальное применение в новых областях электроники, таких как магноника
Некоторые материалы демонстрируют электронный порядок – свойство, называемое сегнетоэлектричеством, – которое можно рассматривать как электрический эквивалент магнетизма.
В сегнетоэлектрическом материале одни атомы заряжены положительно, другие – отрицательно, и то, как эти атомы расположены в материале, дает определенный порядок заряду в материале.
В природе небольшая часть известных материалов обладает как магнитным, так и сегнетоэлектрическим порядком (как в случае с BFO) и поэтому называется мультиферроидными материалами.
Связь между магнитным и сегнетоэлектрическим порядком в мультиферроидном материале открывает интересную физику и открывает путь для таких приложений, как энергоэффективная электроника, например, в устройствах энергонезависимой памяти.
Исследования в FLEET сосредоточены на потенциальном использовании таких материалов в качестве механизма переключения.
Сегнетоэлектрические материалы можно рассматривать как электрический эквивалент постоянного магнита, обладающего спонтанной поляризацией. Эта поляризация переключается электрическим полем.
Хранение данных на традиционных жестких дисках основано на переключении магнитного состояния каждого бита: от нуля, до единицы, до нуля.
Но для создания магнитного поля, необходимого для этого, требуется относительно большое количество энергии.
В «мультиферроидной памяти» связь между магнитным и сегнетоэлектрическим порядком может позволить «переключать» состояние бита электрическим полем, а не магнитным полем.
Электрические поля намного дешевле генерировать с точки зрения энергии, чем магнитные поля, поэтому мультиферроидная память будет значительным преимуществом для электроники со сверхнизким энергопотреблением, что является ключевой целью FLEET.
BFO: УНИКАЛЬНЫЙ МНОГОФИРНЫЙ МАТЕРИАЛ
Феррит висмута (BFO) уникален среди мультиферроиков: его магнитные и сегнетоэлектрические свойства сохраняются до комнатной температуры.
Большинство мультиферроиков демонстрируют оба параметра порядка только при температуре намного ниже комнатной, что делает их непрактичными для низкоэнергетической электроники.
(Нет смысла разрабатывать электронику с низким энергопотреблением, если на охлаждение системы уходит больше энергии, чем вы экономите при эксплуатации.)
ИЗУЧЕНИЕ
Соавтор доктор Дэн Сандо готовит материалы для учебы в UNSW
Новое исследование UNSW рассматривает магнитную структуру феррита висмута; в частности, при выращивании в виде тонкого монокристаллического слоя на подложке.
В статье исследуется сложный магнитный порядок BFO и множество различных экспериментальных инструментов, используемых для исследования и помощи в его понимании.
Мультиферроики – сложная тема.
Например, исследователям, пытающимся войти в эту область, очень сложно получить полную картину о магнетизме BFO из какой-либо одной ссылки.
«Итак, мы решили написать это», – говорит д-р Даниэль Сандо. «Мы были в идеальном положении для этого, так как вся информация была у нас в голове, Стюарт написал главу с обзором литературы, и у нас был общий необходимый физический фон для объяснения важных концепций в манере учебника."
В результате получилась всеобъемлющая, полная и подробная обзорная статья, которая привлечет значительное внимание исследователей и послужит полезным справочником для многих.
Со-ведущий автор доктор Стюарт Бернс объясняет, что новые исследователи в области мультиферроиков получат от этой статьи:
«Мы структурировали обзор как стартовый пакет для самостоятельного эксперимента: читатели будут ознакомлены с хронологией BFO, выбором методов для использования (наряду с преимуществами и недостатками каждого из них) и различными интересными способами изменения физики. в игре. Имея эти элементы, экспериментаторы будут знать, чего ожидать, и смогут сосредоточиться на разработке новых устройств с низким энергопотреблением и архитектур памяти."
Другой ведущий автор, Оливер Полл, говорит: «Мы надеемся, что другие исследователи в нашей области будут использовать эту работу для обучения своих студентов, изучения нюансов материала и создания универсальной справочной статьи, содержащей все соответствующие ссылки – последнее само по себе является чрезвычайно ценным вкладом."
Профессор Надь Валанур добавил: «Самым приятным аспектом этой статьи был ее стиль как главы учебника. Мы не оставили камня на камне!"
Обсуждаемый документ включает включение BFO в функциональные устройства, которые используют перекрестную связь между сегнетоэлектричеством и магнетизмом, а также очень новые области, такие как антиферромагнитная спинтроника, где квантово-механические свойства спина электрона могут использоваться для обработки информации.