研究人員表明,摻雜多鐵薄膜的電場可以使用ON / OFF開關

Published on May 21, 2009 at 8:14 PM

Multiferroics材料在電場和磁場特性的獨特組合,可以同時並存。他們潛在的基石在未來的磁性數據存儲和自旋電子器件提供了一個簡單而快速的方式可以開啟和關閉的電場和磁場特性。在一個有前途的新的發展中, 研究人員與美國能源部下屬的勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的一個典型的多鐵成功地證明了這樣一個開關-電場。

Ramamoorthy拉梅什和贊浩楊伯克利實驗室材料科學部的成功表明,電場可用於摻雜多鐵薄膜的發展,認為未來的磁性數據存儲和自旋電子器件的承諾 /開關。

“使用電場,我們已經能夠創建,刪除和顛倒鈣摻雜鉍鐵氧體薄膜pn結,”拉梅什說 Ramamoorthy伯克利實驗室材料科學部(MSD),誰領導這項研究的。

“通過與已經存在的多鐵鉍鐵氧體的電場和磁場特性電子傳導的組合,我們的演示打開合併 magnetoelectrics並在室溫下magnetoelectronics的大門。”

拉梅什,誰也是一個教授在材料科學與工程,並在加州大學伯克利分校物理學系部,已出版關於這項研究的一個文件,現在在“自然”雜誌材料的上線版。本文的標題是:“電傳導調製磁電

鈣摻雜 BiFeO3電影。“共同創作的紙拉梅什贊浩楊,揚賽德爾,桑永金,PIM Rossen,普於馬爾辛 Gajek,應浩楚巷馬丁,米基霍爾庫姆,何清石油Maksymovych,龔如心Balke,謝爾蓋加里寧,亞瑟 Baddorf Sourav巴蘇和馬修 Scullin。

下一代計算機的承諾要小,更快,遠遠超過今天的設備中的一部分,預計內存芯片的發展更加靈活,通過電子自旋和其相關的磁矩,而不是電荷存儲數據。由於 multiferroics同時展示在自己的環境變化的響應的兩個或兩個以上的鐵電或磁學性質,他們認為總理候選人,這項技術的首選材料。

鉍鐵氧體(BiFeO3)由鉍,鐵和氧組成的多鐵。這是鐵電和鐵磁(“鐵”是指在鐵磁性,但一詞已發展到包括材料和屬性無關,與鐵),並已命令在自旋電子學領域特別感興趣,尤其是後一個驚人的發現,拉梅什和他的研究小組今年早些時候。他們發現,鉍,鐵,雖然是一種絕緣材料,通過其晶體超薄(二維)稱為“磁疇壁”的表,在室溫下進行電力運行。這一發現表明,用正確的興奮劑,鉍鐵氧體進行國家穩定,開放的創造 pn結,一個關鍵的關鍵固態電子的可能性。

“絕緣體導體轉換通常是控制通過組合化學摻雜和磁場,但磁場過於昂貴,在商用設備的實際耗能,拉梅什說。” “電場,更加有用的控制參數,因為你可以很容易地適用於整個樣品的電壓和調節,它需要誘導絕緣體 - 導體轉換。”

拉梅什和他的研究小組在他們的新研究,首次鉍鐵氧體摻雜的鈣承兌人離子,這是眾所周知的增加量的電流,如鉍鐵氧體材料可攜帶。除了鈣離子帶正電的氧空位。當電場被應用到的鈣摻雜鉍鐵氧體薄膜,氧空位成為移動。電場“橫掃”對電影的頂部表面的氧空位,創造一個 n型半導體,在這部分電影,而動彈不得的鈣離子,創造了一個在底部p型半導體。倒車倒n型和p型半導體區域,和溫和的領域電場方向擦除。

拉梅什說:“這是同樣的原則,在CMOS器件電壓的應用提供一個 ON / OFF開關控制電子輸運性質和改變電阻(絕緣體)從高向低(指揮),”。

而一個典型的CMOS器件功能開 /關開關的比例約一百萬(之間的差異性和非電阻電流),拉梅什和他的小組取得了開啟 /關閉開關在其鈣摻雜比例約一千鉍鐵氧體薄膜。雖然這個比例是足夠的設備操作和雙磁場,楊贊浩,對這種性質的材料紙主要作者和Ramesh的組一個博士後所取得的最佳比例說,它可以改善的。

“ON狀態的導電性,我們有很多的想法,嘗試,如鈣摻雜不同比例,不同的應變狀態,不同的生長條件,並使用相同的想法,最終不同的化合物,”楊說。

一年前,拉梅什和他的研究小組表明,電場可以用來控制在非摻雜的鉍鐵氧體薄膜的鐵磁性。 (見“自然 - 材料”,當地的鐵磁性的電場控制使用磁磁電“)

有了這個新的示範,興奮劑和外加電場的組合,可以改變一個磁電絕緣,導電狀態,他和他的同事已經表明一個方向適應巨磁電阻,高溫超導和魷魚等現象 multiferroics類型磁場探測器以及自旋電子學。

楊潔篪說,“氧化物,如鉍,鐵豐富,顯示許多異國情調的屬性,包括高溫超導和巨磁電阻,但他們沒有被用來在實際應用中,因為它已經難以控制的缺陷,特別是氧空位。我們的觀察表明一般的技術,使氧空位缺陷可控。“

拉梅什和他的研究小組進行了伯克利實驗室的先進光源(ALS)的PEEM2顯微鏡,這項最新的研究工作。 PEEM,光電子電子顯微鏡,研究鐵磁性和防磁域的理想技術,PEEM2,在ALS的光束線 7.3.1.1彎曲磁鐵供電,是世界上最好的的儀器之一,能夠解決功能只有一個幾納米厚。

“沒有 PEEM2的能力,我們的實驗已經死在水中,拉梅什說。” “安德烈亞斯紹爾(管理PEEM2),和他的ALS團隊是一個巨大的幫助。”

這項研究主要是由美國能源部科學辦公室通過其基礎能源科學計劃部的支持。

Last Update: 7. October 2011 08:15

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