Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D

Исследователи Показать электрические поля могут быть использованы в качестве ON / OFF Переключатели в легированных мультиферроика Фильмы

Published on May 21, 2009 at 8:14 PM

Мультиферроиках являются материалы, в которых уникальные комбинации электрических и магнитных свойств могут одновременно сосуществовать. Они являются потенциальными краеугольных камней будущего магнитного хранения данных и устройств спинтроники при условии, простой и быстрый способ может быть найден, чтобы включить их электрических и магнитных свойств и выключается. В новых перспективных развития, исследователи с Департаментом США Лоуренса в Беркли энергетики Национальной лаборатории (Berkeley Lab) работа с прототипом мультиферроика успешно продемонстрировали именно такие выключатель - электрических полей.

Ramamoorthy Рамеш и Чан-Хо Ян Материалы отдела Лаборатории Беркли наук успешно продемонстрировано, что электрические поля могут быть использованы в качестве ON / OFF переключатели в легированных мультиферроика фильмов, развития, перспективен для будущего магнитного хранения данных и спинтронных устройствах.

"Используя электрические поля, мы смогли создать, удалить, и инвертировать р-п переходов в кальция, легированного фильм феррита висмута", сказал Рамеш Ramamoorthy материалов наук Лаборатории Беркли дивизии (МСД), который возглавлял это исследование.

"Благодаря сочетанию электронной проводимости с электрическими и магнитными свойствами уже присутствует в мультиферроика феррита висмута, наши демонстрации открывает дверь к слиянию магнитоэлектриков и magnetoelectronics при комнатной температуре."

Рамеш, который также является профессором кафедры материаловедения и инженерно-физический факультет Калифорнийского университета в Беркли, издал документ по этому исследования, которые теперь доступны в режиме он-лайн издание Материалы журнала Природа. Статья под названием: "Электрическая модуляция проводимости в мультиферроика

Са-легированных BiFeO3 фильмы ". Соавторство бумаги с Рамеш были Чан-Хо Ян, Ян Зайдель, Санг-Йонг Ким, Пим Росен, Pu Ю., Марчин Gajek, Ин-Хао Чу, Lane Мартин, Микки Холкомб, Цин Он Петр Максимович, Нина Balke, Сергей Калинин, Артур Baddorf, Sourav Басу и Мэтью Скаллин.

Следующее поколение компьютеров обещает быть меньше, быстрее и гораздо более универсальным, чем сегодняшние устройства благодаря, в частности ожидаемого развития чипов памяти, которые хранят данные с помощью электронного спина и связанного с магнитным моментом, а не заряд электрона. Потому что мультиферроиках одновременно выставлять два или более ферро электрических или магнитных свойств в ответ на изменения в окружающей их среде, они считаются первыми кандидатами для выбора материалов для этой технологии.

Феррита висмута является мультиферроика состоит из висмута, железа и кислорода (BiFeO3). Это и сегнетоэлектрических и антиферромагнитных ("железо" относится к магнетизм в железе, но срок выросла до включать в себя материалы и свойства, которые не имеют ничего общего с железом), и повелел особый интерес в области спинтроники, особенно после удивительного открытия Рамеш и его группы в начале этого года. Они обнаружили, что хотя феррита висмута является изоляционным материалом, проходящей через его кристаллы ультратонких (двумерный) листах называется "доменных стенок", которые проводят электричество при комнатной температуре. Это открытие предположил, что с правой допингом, проведение государствами в феррита висмута может стабилизироваться, открывая возможность создания р-п переходов, важным ключом к твердотельной электроники.

"Изолятор для проводника переходы, как правило, контролируется с помощью комбинации легирования химические и магнитные поля, но магнитные поля слишком дорогая и энергоемкая, чтобы быть практичным в коммерческих устройств," сказал Рамеш. "Электрические поля гораздо полезнее параметров управления, потому что вы можете легко применить напряжения на образце и модулировать его по мере необходимости, чтобы вызвать изолятор-проводник переходов."

В своем новом исследовании, Рамеш и его группа первой легированного феррита висмута с кальцием акцепторные ионы, которые, как известно, увеличивают количество электрического тока, что такие материалы, как феррита висмута может нести. Добавление ионов кальция создан положительно заряженных кислородных вакансий. Когда электрическое поле прикладывалось к кальция, легированных пленок феррита висмута, кислородные вакансии стала мобильной. Электрическое поле "прокатилась" кислородных вакансий на верхней поверхности пленки, создавая полупроводник л-типа в той части фильма, в то время как неподвижные ионы кальция создали полупроводник р-типа в нижней части. Реверсивный направление электрического поля перевернутой п-и р-областями полупроводника, а умеренные поле стер их.

"Это же принципу, что в устройстве CMOS, где применение напряжения служит включения / выключения, которая управляет электронных свойств транспорта и изменения электрического сопротивления от высокого (изолятор) до низкого (дирижер)," сказал Рамеш.

В то время как типичное устройство CMOS функции включения / выключения отношение (разница между сопротивлением и непротивление электрический ток) в размере около одного миллиона человек, Рамеш и его группа достигнуто включение / выключение соотношении примерно тысяч в их кальция, легированного пленок феррита висмута. Хотя этот показатель достаточно для работы устройства и двойное лучшее соотношение достигается с магнитными полями, Чан-Хо Янг, ведущий автор работы Nature Materials, а пост-док в группе Рамеша говорит, что это может быть улучшено.

"Для того, чтобы включенном состоянии более проводящих, у нас есть много идей, чтобы попробовать, такие как различные кальция с допингом коэффициенты, различные состояния напряжения, в различных условиях, и в конечном итоге различные соединения, используя тот же идея", Ян Цзечи сказал.

Год назад, Рамеш и его группа показали, что электрическое поле может быть использовано для управления ферромагнетизма в не-легированного фильм феррита висмута. (См. Nature Materials, "Электрические поля контролем местных ферромагнетизма использовании магнитоэлектрического мультиферроика")

С этим новым доказательством того, что комбинация легирования и приложенного электрического поля может изменить изоляционных-проводящем состоянии мультиферроика, он и его коллеги показали, один путь вперед в деле адаптации мультиферроиках к таким явлениям, как колоссального магнитосопротивления, высокотемпературной сверхпроводимости и СКВИД- типа магнитного детекторов поля, а также спинтроники.

Сказал Ян ", оксиды, такие как феррита висмута в изобилии и отображения многих экзотических свойств, включая высокотемпературной сверхпроводимости и колоссального магнитосопротивления, но они не были использованы гораздо в реальных приложениях, поскольку оно было настолько трудно контролировать дефекты, в частности, кислородных вакансий. Наши наблюдения показывают, общая техника, чтобы сделать дефектов кислородной вакансии управляемым ".

Большая часть работы в этом последнем исследовании Рамеш и его группы была проведена на Расширенный источник света Лаборатории Беркли (ALS), на PEEM2 микроскопом. УГПР, которая выступает за фотоэмиссионной электронной микроскопии, является идеальной техникой для изучения магнитных и ферро антимагнитных доменов и PEEM2, работает на изгиб магнит в ALS beamline 7.3.1.1, является одним из лучших инструментов в мире, в состоянии решить только возможности, несколько нанометров толщиной.

"Без возможности PEEM2 наших экспериментах был бы мертв в воде", сказал Рамеш. "Андреас Шолль (кто управляет PEEM2) и его команда были ALS огромную помощь".

Это исследование было в первую очередь поддерживаются Департаментом США в Управление энергетики наук через свою основную программу энергии наук.

Last Update: 6. October 2011 16:53

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