FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь
176 городов
September – October
176 cities
12-14 октября 2018
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
октябрь-декабрь 2017
МВДЦ «Сибирь», Кванториум,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»

Спинтроника и магноника в одном флаконике

Одна из самых интересных задач, которые решает современная электроника — это создание очень быстрых устройств без высоких потерь энергии в виде тепла. Считается, что в перспективе нас ждут аккумуляторы без химических реакций, которые переводят электричество в энергию постоянного магнита и обратно, магниторезистивная память с нулевым энергопотреблением и почти «вечным» ресурсом, более совершенные, чем сейчас, магнитные головки записи в жестких дисках, а также оптические устройства нанометровых масштабов. Ключом к инновациям подобного типа является управление спинами частиц в функциональных материалах. Переключая спины (точнее, их направления), можно менять магнитное или электрическое состояние вещества. А главное — осуществляется переключение спинов очень просто, быстро и без потерь энергии1. Из идеи со спинами родились два прорывных направления в электронике — спинтроника (в ней используется замена «физического» тока электронов на «ток» их спинов) и магноника (изучает спиновые волны2). На принципах спинтроники или магноники будут основаны все вышеперечисленные устройства.

 

Функциональные материалы для этих областей в последние годы вызывают высокий интерес — примерно каждые пять лет количество им посвященных публикаций удваивается. Стоит отметить, что у истоков направления еще в 1950-1960-х годах стояли советские ученые. Так Л.Д. Ландау и Е.М. Лившиц сформулировали необходимые условия магнитоэлектрического эффекта — т.е. эффекта, при котором электрического поле вызывает в материале намагниченность, а магнитное поле — электрическую поляризацию. В 1959 году ученик Ландау И.Е. Дзялошинский указал на оксид хрома (Cr2O3) как на потенциальный магнитоэлектрик, а через год соответствующий эффект в этом веществе (он проявляется ниже 34°С) был обнаружен Д.Н. Астровым.

 

Ренессанс интереса к материалам с магнитоэлектрическим эффектом при более высоких температурах (это важно для практических приложений) произошел в 1990-2000-х годах. Необычным свойствам пленок одного из таких веществ – феррита висмута (BiFeO3) посвящена недавно вышедшая в Nature Materials статья (Nature Materials, 12, 641–646), где соавторами были российские специалисты из МГУ и ИОФ РАН.

 

Ученым удалось показать, что под действием механических напряжений магнитные и электрические свойства BiFeO3 меняются таким образом, что он становится очень перспективным кандидатом для устройств спинтроники и магноники. Никогда еще электричество, магнетизм и обычная механика не переплетались так близко друг с другом.

Феррит висмута обладает интересной особенностью — под влиянием внутренних электрических полей в нем образуются так называемые спиновые циклоиды — структуры, спины в которых образуют макроскопические спирали. «Представьте, что вместо того, чтобы физически изгибать кристалл, мы «изогнули» направления магнитных моментов атомов (спинов) в нем таким образом, что они образовали спираль, — поясняет доцент физического факультета МГУ Александр Пятаков, принимавший участие в исследовании. — «Такая спираль подобна взведенной пружине, но это не механическая пружина, а магнитная».

 

Магнитные «пружины» обладают новыми свойствами, не присущими однородно намагниченному веществу. Помимо реакции на магнитное поле, они приобретают чувствительность к электрическому полю и механическим напряжениям.

 

«Практическая польза от этого — перестраивая форму "пружин" с помощью напряжений, возникающих в пленках феррита висмута, можно изменять магнетосопротивление спиновых клапанов (сэндвичеобразные структуры, используемые в жестких дисках и спинтронике. — Ред.), а также влиять на условия распространения спиновых волн и микроволновые свойства материала (это уже из области магноники. — Ред.)», — говорит Пятаков.

 

Основной эксперимент был проведен французскими учеными, которые обратились к своим российским коллегам за помощью в теоретическом объяснении подобных перестроек: они почему-то происходили только в тонких пленках, но не в крупном монокристалле. Теория же четко указала на причину — «пружины» в тонких пленках и монокристалле различны по своей структуре, — и обосновала такие различия. «С Анатолием Константиновичем Звездиным из ИОФ РАН мы это направление развивали давно и были готовы к тем результатам, которые прислали французы, — рассказывает Пятаков. — Мы посмотрели на них и сказали: а, так это то, что нужно!».

 

На физическом факультете МГУ материалы на основе феррита висмута исследуют не только в теории, но и в эксперименте — ранее в проблемной лаборатории магнетизма их изучали с помощью сильных магнитных полей. «Опубликованная в «Письмах в ЖЭТФ» на эту тему статья — одна из наиболее цитируемых в истории журнала», — отмечает Александр Пятаков.

 

1 Приложением магнитного и электрического полей, механического напряжения 
2 Спиновые волны — это распространяющиеся во времени возмущения магнитных свойств материала, а по сути — направлений спинов. Особенность спиновых волн — их длина на порядки меньше, чем световых волн при той же частоте.

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Новости в фейсбук

Случайные статьи

Полынь сильнее противораковых лекарств в 1000 раз

 Полынь сладкая, также известная как полынь однолетняя  использовалась в традиционной китайской медицине более 2000 лет.

Ученые нашли молекулу, которая поможет печатать микросхемы из пластика

Группе исследователей из МГУ имени М.В.Ломоносова в сотрудничестве с немецкими коллегами из Института полимерных исследований в Дрездене (Институт Лейбница) удалось

Гиперболоид инженера Шухова

Искусство и ремесло, мастерство и умение в Древней Греции назывались одним словом — «техне» (τέχνη, технэ, techne).

Золотая горчица или горчичное золото...

Деньги не растут на деревьях – однако золото вполне может. Международная команда исследователей нашла способ выращивать и собирать золото из растений. Эта техника использует растения для извлечения частиц драгоценного металла из почвы.

Квантовые компьютеры откроют параллельные миры?

Журнал Science назвал квантовый компьютер одним из самых значительных научных прорывов последних десяти лет. Квантовый компьютер потенциально способен выполнять вычисления, которые даже теоретически нельзя сделать на классическом компьютере.