La alta resolución y la abundancia de datos proporcionados por un experimento en Diamond pueden conducir a descubrimientos inesperados. Las propiedades piezoeléctricas de la cerámica perovskita PMN-PT (0.68Pb (Mg ₁ / 3Nb ₂ / 3) O ₃ –0,32PbTiO ₃ ) son ampliamente utilizados en actuadores comerciales, donde la deformación que se genera varía continuamente con el voltaje aplicado. Sin embargo, si el voltaje aplicado se cicla apropiadamente, entonces hay cambios discontinuos de deformación. Estos cambios discontinuos se pueden utilizar para impulsar la conmutación magnética en un ferromaimán delgado superpuesto, permitiendo que la información magnética se escriba eléctricamente. Un equipo internacional de investigadores utilizó la línea de luz I06 para investigar una película ferromagnética de níquel cuando servía como un medidor de tensión sensible para PMN-PT monocristalino. Su interpretación inicial de los resultados sugirió que la conmutación del dominio ferroeléctrico hizo girar los dominios magnéticos en la película en el ángulo esperado de 90 °, pero un examen más detenido reveló que la verdadera imagen era más compleja.

Su trabajo, publicado recientemente en Materiales de la naturaleza , muestra que la conmutación del dominio ferroeléctrico hizo girar los dominios magnéticos en la película considerablemente menos de 90 ° debido a una deformación por cizallamiento acompañante. Los hallazgos ofrecen tanto un desafío como una oportunidad para el diseño de dispositivos de almacenamiento de datos de próxima generación. y seguramente será relevante si el trabajo se amplía para explorar la manipulación impulsada eléctricamente de texturas magnéticas más complejas.

Algunos materiales sólidos desarrollan carga eléctrica en respuesta a una tensión mecánica aplicada. Este efecto piezoeléctrico significa que ciertos cristales pueden usarse para convertir energía mecánica en electricidad o viceversa, y los materiales piezoeléctricos se utilizan en una variedad de tecnologías, incluido el enfoque automático de cámaras en teléfonos móviles. Para estas aplicaciones, la deformación varía continuamente con el voltaje aplicado, pero ciclar el voltaje aplicado puede conducir a cambios discontinuos de deformación debido a la conmutación del dominio ferroeléctrico. Estos cambios discontinuos en la deformación se pueden utilizar para impulsar la conmutación magnética en una película delgada de ferromagmento, tal que los datos se puedan escribir eléctricamente, y almacenados magnéticamente.

Cuando un equipo internacional de investigadores llegó a Diamond para investigar este efecto, utilizaron microscopía electrónica de fotoemisión (PEEM) combinada con dicroísmo magnético circular de rayos X (XMCD) para proporcionar contraste magnético. Estaban usando una película ferromagnética de níquel como un medidor de tensión sensible para PMN-PT monocristalino, mientras varía el voltaje a través del cristal. Las mediciones microscópicas implicaron la combinación de dos imágenes XMCD-PEEM para formar un mapa vectorial magnético.

A primera vista, Estas mediciones microscópicas mostraron lo que el equipo esperaba ver:dominios magnéticos que aparentemente giraron 90 ° debido a la conmutación de dominios ferroeléctricos. Las mediciones magnéticas macroscópicas que se realizaron utilizando magnetometría de muestra vibrante llevaron a la misma conclusión. Sin embargo, los datos de alta resolución de Diamond ofrecieron la oportunidad de profundizar un poco más.

Para el profesor Neil Mathur de la Universidad de Cambridge, mirar más de cerca parecía obvio. "Los datos nos permitieron hacer una comparación píxel a píxel de las imágenes, y sentí que deberíamos hacer eso, simplemente porque pudimos ".

Inesperadamente, La comparación píxel por píxel reveló que los ángulos de conmutación magnéticos normalmente no llegaban a los 90 °. Esto podría explicarse fácilmente al incluir un componente de corte, predicho a partir de la geometría de celda unitaria PMN-PT.

Parece que los investigadores han simplificado demasiado la respuesta magnetoeléctrica de las heteroestructuras basadas en PMN-PT durante años, pero es fácil entender por qué. Las mediciones macroscópicas promedian las rotaciones de dominio magnético en sentido horario y antihorario, cancelar la firma magnética de los componentes de cizallamiento. El análisis de medidas microscópicas se realiza normalmente con una rueda de colores, lo que facilita ver si los dominios magnéticos están orientados hacia arriba / abajo o hacia la derecha / izquierda, pero cada color que percibimos cubre una amplia gama de ángulos, enmascarando la verdad.

Retos y oportunidades

Este nuevo hallazgo debería ser aplicable a materiales similares, y ofrece tanto un desafío como una oportunidad para el desarrollo y miniaturización de dispositivos basados ​​en materiales magnetoeléctricos.

El profesor Mathur explica:"Nuestro hallazgo significa que estos sistemas se comportarán de manera diferente a lo que uno hubiera esperado originalmente después de la miniaturización. Esto será un desafío para los diseñadores de dispositivos, pero también hay una gran oportunidad aquí, porque significa que se pueden escribir dos conjuntos de datos en el mismo dispositivo con campos magnéticos y eléctricos, duplicando así la densidad de almacenamiento ".

En el futuro, El profesor Mathur cree que será normal considerar la deformación por cizallamiento que surge cuando los dominios ferroeléctricos de baja simetría se someten a conmutación.

El equipo ahora continúa su trabajo al observar texturas magnéticas más complejas, como skyrmions. Quieren investigar cómo se pueden destruir estos objetos complejos, creado y modificado por tensión accionada eléctricamente, y si pueden crear texturas magnéticas que simplemente no se han visto antes.