Ameerika Ühendriikide Brookhaveni Rahvusvahelises Laboratooriumis vaadeldi seninägematut aine magnetiliste ja elektriliste omaduste kooseksisteerimist. Seda haruldast kombinatsiooni sisaldavaid materjale nimetatakse multiferroidideks. Multiferroidsed materjalid võivad saada tulevikus määravaks uue põlvkonna energiasäästlike mälu- ja loogikakiipide, aga ka sensortehnoloogiate arengus.
Koostöös Leinbizi Tahkiste ja Materjalide Instituudi teadlastega avaldati tulemused Physical Review Letters-is.
Ütriumist, mangaanist ja hapnikust valmistatud YMn2O5 kristallstruktuur. Hapniku aatomid on joonisel punased, ütriumi aatomid on hallid. Mangaani magnetmomendid on näidatud roheliste noolekestega. Ferroelektriline polarsiatsioon toimub hapniku ja mangaani aatomite vahel.
Ferromagneetikutel esineb püsiv magnetmoment, piltlikult mõtestades on ferromagneetiku aatom justkui kompassinõel. Ferromagneetikud on igapäevaelus sagedane nähe, näiteks külmkapimagnetitel ja arvuti kõvaketastel. Ferroelektrilised (loe siit) materjalid omavad võimet spontaanselt elektriliselt polariseerituda (loe siit), mis tähendab, et materjalis esineb iseeneslik (pööratav) positiivsete ja negatiivsete laengute eraldatus. Ferroelektrikute rakenduste hulka kuuluvad näiteks kajalokatsioonseadmed ja meditsiinilised pilditöötlusseadmed.
“Materjalide magnetiliste ja elektriliste omaduste liitmisel on huvitavad tagajärjed. Näiteks on sellisel juhul võimalik elektriväljaga salvestatud informatsiooni lugeda magnetväljaga. Tulemuseks on kiirem ja energiasäästlikum mäluseade,” ütleb üks kaasautoritest Stuart Wilkins.
Multiferroidsed materjalid, mille põhja- ja lõunapoolust on võimalik elektrivälja abil vahetada, on looduses haruldased. Ferroelektrism ja magnetism on pigem teineteist looduslikult välistavad ja nõrga vastastikuse interaktsiooniga.
Enamik füüsikalisi mudeleid, mida teadlased kahe eriomadusega materjalide paardumise kirjeldamiseks kasutavad, põhinevad aatomite korrastatuse häirimisel. Teisisõnu häiritakse magnetomadustega materjali kristallvõre korrapära, mille tulemusena tekib elektriline polarisatsioon.
Nüüd on aga avastatud materjalide elektriliste ja magnetiliste omaduste ühildamiseks uus viis. Töörühm kasutas NSLS (Brookhaven National Synchroton Light Source) väga intensiivseid röntgenkiirgusallikaid uurimaks ütriumi, mangaani ja hapniku põhist metalloksiidi. Vaatluste põhjal järeldati, et magnetmomendi ja elektrilise polarisatsiooni koos esinemise põhjus seisneb ühendi aatomite tuuma ümbritsevas elektronide pilve omadustes.
Katses kasutatud materjalis on mangaani ja hapniku aatomite orbitaalid segunenud nii, et lähtematerjali magnetstruktuur on segunemisprotsessist sõltumatu. Häirumatuse tõttu jäävad magnetilised omadused alles ja lisandub võime elektriliselt polariseeruda. Valmisoksiid on seega ferroelektrilik. Muutus lõppmaterjali magnetstruktuuris põhjustab paralleelse muutuse ferroelektrilises olekus.
Töörühma kasutatud NSLS labori suure võimsusega röntgenallikas on võtmetehnoloogiaks uute ja huvitavate materjalide uurimises, näiteks multiferroidide ja kõrgtemperatuursete ülijuhtide vallas. Teadlased on välja töötamas uut seadet, NSLS-II, mis on eelkäijast kuni 10 000 korda intensiivsem kiirgusallikas. Suurem intensiivsus võimaldab materjale uurida kõrgema lahutusvõimega.
Allikas: PhysOrg
Leave a Reply