Site Sponsors
  • 20% off Mass Spectrometer range at Conquer Scientific
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Technical Sales Solutions - 5% off any SEM, TEM, FIB or Dual Beam
20% off Mass Spectrometer range at Conquer Scientific
Related Offers

Forskere Vis elektriske felter kan bruges som ON / OFF Tænder i doteret multiferroic Films

Published on May 21, 2009 at 8:14 PM

Multiferroics er materialer, hvor unikke kombinationer af elektriske og magnetiske egenskaber samtidig kan eksistere side om side. De er potentielle hjørnesten i fremtidige magnetiske datalagring og spintronic enheder givet en enkel og hurtig måde kan findes til at vende deres elektriske og magnetiske egenskaber til og fra. I en lovende ny udvikling, forskere med den amerikanske energiministeriums Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) har arbejdet med et prototypisk multiferroic med succes demonstreret netop sådan en switch - elektriske felter.

Ramamoorthy Ramesh og Chan-Ho Yang af Berkeley Labs materialevidenskab Division med succes vist, at elektriske felter kan bruges som ON / OFF kontakter i doteret multiferroic film, en udvikling, det lover godt for fremtiden magnetiske datalagring og spintronic enheder.

"Brug af elektriske felter, har vi været i stand til at oprette, slette og vend PN kryds i et calcium-doped bismuth ferrit film," sagde Ramamoorthy Ramesh af Berkeley Labs materialevidenskab Division (MSD), der ledede denne forskning.

"Gennem en kombination af elektronisk overledningsforstyrrelser med de elektriske og magnetiske egenskaber allerede er til stede i multiferroic bismuth ferrit, åbner vores demonstration døren til sammenlægning magnetoelectrics og magnetoelectronics ved stuetemperatur."

Ramesh, der også er professor ved Institut for Materiale Teknologi og Udvikling og Institut for Fysik på UC Berkeley, har offentliggjort et dokument om denne forskning, der nu er tilgængelig i on-line udgave af tidsskriftet Nature Materials. Papiret er titlen: "Electric graduering af ledningsforstyrrelser i multiferroic

Ca-dopede BiFeO3 film. "Co-authoring papiret med Ramesh var Chan-Ho Yang, Jan Seidel, Sang-Yong Kim, Pim Rossen, Pu Yu, Marcin Gajek, Ying-Hao Chu, Lane Martin, Micky Holcomb, Qing Han , Petro Maksymovych, Nina Balke, Sergei Kalinin, Arthur Baddorf, Sourav Basu og Matthew Scullin.

Den næste generation af computere lover at være mindre, hurtigere og langt mere alsidig end nutidens apparater til dels takket være den forventede udvikling af memory chips, der lagrer data gennem elektron spin og dens tilhørende magnetiske moment snarere end elektronstråler afgift. Fordi multiferroics samtidig udviser to eller flere jern elektriske eller magnetiske egenskaber som følge af ændringer i deres miljø, de er anset oplagte kandidater til at være det materiale valg for denne teknologi.

Bismuth ferrit er en multiferroic består af bismuth, jern og ilt (BiFeO3). Det er både ferro og antiferromagnetiske ("Ferro" henviser til magnetisme i jern, men udtrykket er vokset til at omfatte materialer og egenskaber, som intet har at gøre med jern), og har befalet særlig interesse i spintronik området, især efter en overraskende opdagelse af Ramesh og hans gruppe tidligere på året. De fandt, at selv om bismuth ferrit er et isolerende materiale, der løber gennem dens krystaller er ultratynde (to-dimensionelt) ark kaldet "domæne vægge", der lede elektricitet ved stuetemperatur. Denne opdagelse foreslog, at med den rigtige doping, kunne gennemføre stater i bismuth ferrit blive stabiliseret, åbnes muligheden for at skabe PN vejkryds, en afgørende nøgle til solid state elektronik.

"Isolator til dirigent overgange er typisk styres via en kombination af kemisk doping og magnetiske felter, men magnetiske felter er for dyre og energikrævende at være praktisk i kommercielle enheder," siger Ramesh. "Elektriske felter er langt mere nyttige kontrol parametre, fordi du nemt kan anvende en spænding på tværs af en prøve og modulere det som nødvendigt for at øge isolator-leder overgange."

I deres nye undersøgelse, først Ramesh og hans gruppe dopede af bismuth ferrit med calcium acceptor ioner, som er kendt for at øge mængden af ​​elektrisk strøm, at materialer som bismuth ferrit kan bære. Tilføjelsen af ​​calcium ioner skabt positivt ladede ilt ledige stillinger. Når et elektrisk felt blev anvendt til calcium-doped bismuth ferrit film, ilt ledige stillinger blev mobil. Det elektriske felt "fejet" ilten stillinger mod filmens overflade, hvilket skaber en n-type halvleder i den del af filmen, mens de immobile calciumioner skabt en p-type halvleder i den nederste del. Vende retningen af ​​det elektriske felt omvendt n-type og p-type halvleder regioner, og en moderat felt slettet dem.

"Det er samme princip som i en CMOS enhed, hvor anvendelsen af ​​en spænding fungerer som en tænd / sluk-knap, der styrer elektron transport egenskaber og ændringer elektrisk modstand fra høj (isolator) til lav (dirigent)," siger Ramesh.

Mens en typisk CMOS-enhed er udstyret med en tænd / sluk-forhold (forskellen mellem modstand og ikke-modstand mod elektrisk strøm) på en million om, opnåede Ramesh og hans gruppe en tænd / sluk-forhold på omkring tusind i deres calcium-doped bismuth ferrit film. Mens dette forhold er tilstrækkeligt for enhedens drift og fordoble det bedste forhold opnås med magnetfelter, Chan-Ho Yang, ledende forfatter på denne Nature Materials papir og en post-doc i Ramesh gruppe siger, at det kan forbedres.

"At gøre ON staten mere ledende, vi har mange ideer til at prøve, såsom forskellige calcium-doping nøgletal, forskellige stamme stater, forskellige vækstbetingelser, og i sidste ende forskellige stoffer med samme idé," Yang sagde.

For et år siden, Ramesh og hans gruppe viste, at et elektrisk felt kan bruges til at styre ferromagnetism i en ikke-doped bismuth ferrit film. (Se Nature Materials, "Electric-felt kontrol af de lokale ferromagnetism hjælp af en magnetoelectric multiferroic")

Med denne nye demonstration af, at kombinationen af ​​doping og et elektrisk felt kan ændre isolerende-ledende tilstand af et multiferroic, har han og hans kolleger viste en vej frem i tilpasningen multiferroics til sådanne fænomener som kolossale magnetisk, høj temperatur superledning og SQUID- skriv magnetfelt detektorer samt spintronik.

Sagde Yang, "Oxider såsom bismuth ferrit er rigelige og viser mange eksotiske egenskaber, herunder høj-temperatur superledning og kolossale magnetisk, men de har ikke været brugt meget i virkelige applikationer, fordi det har været så svært at kontrollere fejl, især ilt ledige stillinger. Vores observationer tyder på en generel teknik til at få ilt stillingsopslag defekter kontrolleres. "

Meget af arbejdet i denne seneste undersøgelse af Ramesh og hans gruppe blev udført på Berkeley Lab Advanced Light Source (ALS), på PEEM2 mikroskop. PEEM, som står for photoemission Electron Microscopy, er en ideel teknik til at studere Ferro magnetiske og antimagnetic domæner, og PEEM2, drevet af en bøje magnet på ALS beamline 7.3.1.1, er en af ​​verdens bedste instrumenter, i stand til at løse indeholder kun et få nanometer tykke.

"Uden evner PEEM2 vores eksperimenter ville have været død i vandet," siger Ramesh. "Andreas Scholl (der administrerer PEEM2) og hans ALS team var en enorm hjælp."

Denne forskning var primært understøttet af det amerikanske energiministeriums kontor for videnskab gennem sin Basic Energi Sciences program.

Last Update: 6. October 2011 09:42

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit