El equipo de investigación de UW-Madison incluye (desde la izquierda) al profesor de física Mark Rzchowski, estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales Jonathan Schad, estudiante de doctorado en física Julian Irwin, y el profesor de ciencia e ingeniería de materiales Chang-Beom Eom, representada en el laboratorio de Eom en el edificio de los centros de ingeniería. Crédito:Sarah Page
Nuestros teléfonos inteligentes y computadoras no serían tan útiles sin todas las aplicaciones, música, y videos que guardamos sobre ellos.
En la actualidad, Nuestros dispositivos almacenan esa información principalmente de dos formas diferentes:ya sea a través de campos eléctricos (piense en una unidad flash) o mediante campos magnéticos (piense en el disco duro de una computadora).
Cada uno tiene sus ventajas y desventajas. Sin embargo, en el futuro, nuestra electrónica podría beneficiarse de lo mejor de cada uno.
"Hay un concepto interesante, "dice Chang-Beom Eom, el profesor Theodore H. Geballe y el profesor distinguido Harvey D. Spangler de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Wisconsin-Madison. "¿Puede combinar estas dos formas diferentes de almacenar información? ¿Podríamos usar un campo eléctrico para cambiar las propiedades magnéticas? Entonces puede tener una baja potencia, dispositivo multifuncional. A esto lo llamamos un dispositivo 'magnetoeléctrico' ".
En una investigación publicada el 17 de noviembre, 2017, en el diario Comunicaciones de la naturaleza , Eom y sus colaboradores describen no solo su proceso único para hacer un material magnetoeléctrico de alta calidad, pero exactamente cómo y por qué funciona. Wittawat Saenrang es el autor principal del artículo.
Materiales magnetoeléctricos, que tienen funcionalidades tanto magnéticas como eléctricas, u "órdenes" —ya existen. Cambiar una funcionalidad induce un cambio en la otra. "Se llama acoplamiento cruzado, "dice Eom." Sin embargo, cómo se cruzan de pareja no se entiende claramente ".
Obteniendo ese entendimiento, él dice, requiere estudiar cómo cambian las propiedades magnéticas cuando se aplica un campo eléctrico. Hasta ahora, esto ha sido difícil debido a la complicada estructura de la mayoría de los materiales magnetoeléctricos.
Eom y sus colaboradores desarrollaron un elegante, material homogéneo que no solo les permitió comprender sus propiedades magnetoeléctricas, pero algún día también podría ser útil para los fabricantes de productos electrónicos que deseen aprovechar esas propiedades. Aquí se muestra el estudiante de doctorado en física Julian Irwin, que forma parte del equipo de investigación. Crédito:Sarah Page
En el pasado, dice Eom, la gente estudió las propiedades magnetoeléctricas utilizando materiales muy "complejos", o los que carecen de uniformidad.
En su enfoque, Eom simplificó enormemente no solo la investigación, sino el material en sí.
Basándose en su experiencia en el crecimiento material, desarrolló un proceso único, usando pasos "atómicos, "para guiar el crecimiento de un homogéneo, película fina monocristalina de ferrita de bismuto. Encima de eso, añadió cobalto, que es magnético; En el fondo, colocó un electrodo de rutenato de estroncio.
Que homogéneo El material monocristalino era importante porque facilitaba mucho a Eom el estudio del acoplamiento cruzado magnetoeléctrico fundamental. "Descubrimos que en nuestro trabajo, debido a nuestro dominio único, De hecho, pudimos ver lo que estaba pasando usando múltiples sondeos, o imágenes, técnicas, ", dice." El mecanismo es intrínseco. Es reproducible, y eso significa que puede crear un dispositivo sin degradación, de una manera predecible ".
Para visualizar las cambiantes propiedades eléctricas y magnéticas en tiempo real, Eom y sus colegas utilizaron las potentes fuentes de luz de sincrotrón en el Laboratorio Nacional de Argonne y en Suiza y el Reino Unido. "Cuando lo cambias, el campo eléctrico cambia la polarización eléctrica. Si es 'hacia abajo, 'cambia' hacia arriba, '", dice." El acoplamiento a la capa magnética cambia entonces sus propiedades:un dispositivo de almacenamiento magnetoeléctrico ".
Ese cambio de dirección permite a los investigadores dar los siguientes pasos necesarios para agregar circuitos integrados programables, los bloques de construcción que son la base de nuestra electrónica, al material.
Si bien el material homogéneo permitió a Eom responder preguntas científicas importantes sobre cómo ocurre el acoplamiento cruzado magnetoeléctrico, también podría permitir a los fabricantes mejorar su electrónica. "Ahora podemos diseñar un método mucho más eficaz, dispositivo eficiente y de bajo consumo, " él dice.
