Visai neseniai Lorenco Berklio nacionalinės laboratorijos tyrėjams (JAV) pavyko sustiprinti savaiminį bismuto ferito įmagnetėjimą. Svarbu pažymėti, kad įmagnetėjimą galima „įjungti/išjungti“ medžiagą paveikiant išoriniu elektriniu lauku – tai reikšmingas pasiekimas tobulinant spintronikos technologijas.
„Tauta, sugebėsianti kontroliuoti magnetizmą, valdys Visatą“ – dar 1935 metais šie žodžiai nuskambėjo populiaraus JAV literatūrinio personažo Diko Treisio (Dick Tracy) lūpomis. Galbūt tai kiek perdėtas teiginys, tačiau nekyla abejonių, jog tauta, pirmaujanti pažangiųjų magnetoelektroninių, arba spintronikos, prietaisų gamyboje, įgyja nemenką pranašumą šiame informacijos lenktynių amžiuje. Mažesni, spartesni ir pigesni įtaisai bus gaminami tuomet, kai pavyks deramai suprasti ir valdyti reiškinį, vadinamą savaiminiu įmagnetėjimu.
Visai neseniai Lorenco Berklio nacionalinės laboratorijos tyrėjams (JAV) pavyko sustiprinti savaiminį bismuto ferito įmagnetėjimą. Svarbu pažymėti, kad įmagnetėjimą galima „įjungti/išjungti“ medžiagą paveikiant išoriniu elektriniu lauku – tai reikšmingas pasiekimas tobulinant spintronikos technologijas.
„Taikydami neįprastą metodą, mes sukūrėme naują bismuto ferito magnetinę būseną, kurią galima elektriškai valdyti kambario temperatūroje, – teigia medžiagų mokslo specialistas Ramamurtis Ramešas (Ramamoorthy Ramesh). – Įmagnetėjimas sustiprėja, kuomet savaime susitvarkančios bismuto ferito nanostruktūros būna romboedrinės fazės, kurią supa tetragoninės fazinės sritys. Įmagnetėjimą galima pašalinti darinį paveikus elektriniu lauku, o atkūrimo procesas atliekamas sukeičiant elektrinio lauko poliškumą“.
Kombinuotų fazių bismuto ferito bandinys, raudonos ir žalios sritys atitinka du kombinuotų fazių sričių rinkinius, vienas kito atžvilgiu orientuotus 90 laipsnių kampu
R. Ramešas yra atsakingas straipsnio, išspausdinto prestižiniame „Nature Communications“ žurnale, autorius.
Magnetoelektroniniuose, arba spintronikos, įrenginiuose informacija yra saugoma elektronų sukinių ir jų magnetinių momentų, o ne elektronų krūvių pagrindu. Sukiniu vadinama dalelių kvantinė mechaninė savybė, kuri šiuo atveju susidaro dėl besisukančio elektrono magnetinio momento poveikio. Kadangi sukinio būsenas galima žymėti kaip „nukreiptas į viršų“ arba „nukreiptas į apačią“, jas patogu panaudoti koduojant dvejetainės sistemos 0 ir 1. Spintronikos įrenginiai savo dydžiu, sparta ir talpa yra pranašesni už analogiškus elektroninius įtaisus.
Tokios medžiagos kaip bismuto feritas yra laikomos itin reikšmingomis ateities spintronikos technologijoms, mat jos vienu metu pasižymi tiek elektrinėmis, tiek magnetinėmis savybėmis. Bismuto feritas, darinys, susidedantis iš bismuto, geležies ir deguonies (BFO) atomų, įvykių sūkuryje atsidūrė iš dalies dėl stebinančio atradimo, kurį 2009 metais padarė R. Ramešas su savo tyrėjų grupe. Mokslininkai aptiko, jog nepaisant to, kad bismuto feritas yra dielektrikas, jo kristalo viduje yra tam tikri dvimačiai lakštai, vadinami sienelėmis, praleidžiantys elektros srovę.
Tuomet R. Ramešo tyrėjų komanda išsiaiškino, kad epitaksinis įtempis (spūda, atliekama medžiagos kristalo plokštumų kryptimi) pakeičia bismuto ferito kristalinę sandarą: ši medžiaga iš natūralios romboedrinės fazės pereina į tetragoninę. Įtempio sumažinamas leidžia susidaryti stabilioms romboedrinių ir tetragoninių fazių kombinacijos nanostruktūroms.
Atlikdami naujausius tyrimus, mokslininkai sugalvojo, kaip epitaksiniu įtempiu sukurti bismuto ferito plėveles, kurias sudarytų itin sutrikdytų romboedrinių ir tetragoninių fazių kombinacija. Tokioje plėvelėje romboedrines fazes mechaniškai atskiria tetragoninių fazių sritys. Magnetiniai momentai, savaime susidarantys šiose dariniuose, labiau telkiasi sutrikdytos romboedrinės fazės srityse nei fazių sandūrose, todėl yra kur kas stipresni už magnetinius momentus, aptinkamus įprastiniame bismuto ferite.
„Įprastinio bismuto ferito plėvelėse savaiminis įmagnetėjimas siekia nuo 6 iki 8 elektromagnetinių vienetų kubiniame centimetre, o tai yra per mažai, norint šią medžiagą panaudoti realiuose įrenginiuose, – pasakoja pirmoji straipsnio bendraautorė Helena Kving (Helen Qing). – Priversdami bismuto ferito plėveles pereiti į kombinuotų fazių būseną, savaiminį įmagnetėjimą padidiname iki maždaug 30 ar 40 elektromagnetinių vienetų kubiniame centimetre, o tai jau yra pakankamas skaičius, leidžiantis galvoti apie realų pritaikymą gaminant prietaisus“.
Struktūrinis romboedrinių ir tetragonių fazių išsidėstymas specialiose bismuto ferito plėvelėse – įmagnetėjimas apribotas romboedrinėje fazėje
R. Ramešo tyrėjų grupė aptiko, jog padidėjusį jų ypatingųjų bismuto feritų plėvelių savaiminį įmagnetėjimą galima valdyti panaudojant išorinį elektrinį lauką be praktiškai jokio srovės tekėjimo plėvelės viduje. Galimybė šiose plėvelėse įjungti arba išjungti įmagnetėjimą atveria joms duris į spintronikos technologijų pasaulį, nes įjungtos/išjungtos būsenos gali būti panaudotos koduojant informaciją 1 ir 0. Tai, kad visą šį procesą galima atlikti be elektros srovės, yra didžiulis privalumas.
„Įprastinėje magnetinėje atmintinėje magnetinė medžiagos būsena yra sukuriama išoriniu magnetiniu lauku, kuris savo ruožtu susidaro srovei tekant elektromagnetu, – aiškina tyrėjai. – Tam, kad tekėtų srovė, reikia suteikti nemažai energijos, be to, išsiskiria niekam nereikalinga šiluma. Taigi šiam tikslui panaudotas elektrinis laukas sumažina energijos suvartojimą“.
