研究员显示电场可以使用作为开关在被掺杂的 Multiferroic 影片

Published on May 21, 2009 at 8:14 PM

Multiferroics 是电和磁性的唯一组合可能同时共存的材料。 他们是在将来的磁性数据存储的潜在的基石,并且 spintronic 设备提供了一简单,并且可以发现捷径启用断断续续他们的电和的磁性。 在一个有为的新发展计划,有美国能源部的研究员劳伦斯伯克利国家实验室 (伯克利实验室) 与一样本 multiferroic 一起使用顺利地展示了这样切换 - 电场。

Ramamoorthy Ramesh 和陈 Ho 伯克利实验室的材料学分部的杨顺利地显示出,电场可以使用作为开关在被掺杂的 multiferroic 影片,拥有将来的磁性数据存储和 spintronic 设备的承诺的发展。

使用电场, “我们能创建,清除和倒置在一部钙被掺杂的苍铅纯铁影片的 p-n 连接点”, Ramamoorthy Ramesh 说伯克利实验室的材料学分部的 (MSD),导致此研究。

“通过电子传导的组合与电和磁性已经当前在 multiferroic 苍铅纯铁,我们的演示对合并 magnetoelectrics 和 magnetoelectronics 打开这个门在室温”。

Ramesh,也是材料学和工程部门和物理系的一位教授在加州大学伯克利分校,发表了在现在是可用的在日记帐本质材料的在线编辑的此研究的一篇论文。 本文题为: “传导的电模块化在 multiferroic 的

加州被掺杂的 BiFeO3 影片”。 合著与 Ramesh 的本文是陈 Ho 杨,唱 Yong 1月 Seidel,金, Pim Rossen, Pu Yu, Marcin Gajek, Ying 郝储,运输路线马丁、 Micky Holcomb, Qing 他, Petro Maksymovych,尼娜 Balke, Sergei Kalinin,亚瑟 Baddorf, Sourav Basu 和马修 Scullin。

下代计算机比今天设备承诺小,快速地和多才多艺部分由于的存储芯片期望的发展通过电子空转和其关联磁矩存储数据而不是电子充电。 由于 multiferroics 同时陈列两个或多个耶老岛的电或磁性以回应在他们的环境上的变化,他们被认为是头等的候选人选择材料此技术的。

苍铅纯铁 multiferroic 由苍铅、铁和氧气 (BiFeO3) 组成。 它是铁电和反铁磁质的 (”耶老岛”是指在铁的磁性,但是这个术语成长为包括与铁无关) 的材料和属性和特别是在一个惊奇的发现以后今年初命令了在 spintronics 域的特别的好处,由 Ramesh 和他的组。 他们发现,虽然苍铅纯铁是一份绝缘材料,运行通过其水晶超薄 (二维) 覆盖叫的 “域墙壁”该品行电在室温。 此发现建议了那与正确掺杂,在苍铅纯铁的执行的状态能被稳定,开辟创建 p-n 连接点的可能性,固体电子的一个关键的关键字。

“对导体转移的装绝缘体工通过化学制品掺杂和磁场的组合是典型地受控的,但是磁场是太消耗大的,并且消耗能源是实用的在商业设备”, Ramesh 说。 “电场是更加有用的控制参数,因为您能容易地适用在范例间的电压和调整它,需要导致装绝缘体工导体转移”。

在他们新的研究中,首先 Ramesh 和他的组掺杂了与钙接受人离子的苍铅纯铁,知道增加相当数量电流象苍铅纯铁的材料可能运载。 钙离子的添加创建了带阳电荷的氧气闲置。 当一个电场被应用了于钙被掺杂的苍铅纯铁影片,氧气闲置变得移动。 而固定钙离子在底部部分,创建了一个 p 型的半导体这个电场 “转移了”往影片的顶面的氧气闲置,创建一个 n 型的半导体在这部影片的该部分。 撤消这个电场的方向倒置了 n 型和 p 型的半导体地区,并且一个中等域清除了他们。

“它是原则和一样在电压应用担当一个开关控制电子输运性质并且从高的 CMOS 设备 (装绝缘体工) 更改电阻对低 (导体)”,说 Ramesh。

而一个典型的 CMOS 设备以一个开/关切换比例 (在阻力和不抵抗之间的区别为特色对电流) 大约一百万, Ramesh 和他的组达到一个开/关切换比例大约一千在他们的钙被掺杂的苍铅纯铁影片。 当此比例为设备运算和达到的双最佳的比例是满足的与磁场时,陈 Ho 杨、主要作者此本质材料文章的和之后 doc 在 Ramesh 的组说可以改进它。

“使这个状态更加导电性,我们有许多想法尝试例如不同的钙掺杂的比例,不同的张力状态,不同的增长情况,并且最终使用同一个想法的不同的化合物”,杨说。

一年前, Ramesh 和他的组显示出,一个电场可能用于控制在一部非被掺杂的苍铅纯铁影片的铁磁性。 (参见本质材料, “局部铁磁性电域控制使用一磁电 multiferroic 的 ")

掺杂的组合和一个应用的电场可能更改绝缘执行的状态 multiferroic 的此新的演示,他和他的同事今后在适应显示了一种方式 multiferroics 这样现象象巨大磁致电阻、高温超导性和乌贼型的磁场探测器以及 spintronics。

前述杨, “氧化物例如苍铅纯铁是丰富的并且显示许多异乎寻常的属性包括高温超导性和巨大磁致电阻,但是他们在实际应用未使用,因为控制缺陷,特别是氧气闲置是很难的。 我们的观察建议一个通用技术使氧气闲置缺陷可控制”。

许多工作在这中由 Ramesh 和他的组的最新的研究被执行了在伯克利实验室的提前的光源 (ALS),在 PEEM2 显微镜。 PEEM,代表光射电子显微镜术,是学习耶老岛的磁性和防磁域的一个理想的技术和 PEEM2,关闭由弯磁铁在 ALS beamline 7.3.1.1,是其中一台世界的最佳的仪器,能浓厚解决功能仅一些毫微米。

“没有 PEEM2 的功能我们的实验将是停止的在水中”, Ramesh 说。 “安德烈亚斯 Scholl (谁管理 PEEM2) 和他的 ALS 小组是极大帮助”。

此研究由美国能源部科学办公室主要支持通过其基本的能源科学程序。

Last Update: 13. January 2012 22:53

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