Новое поколение дешёвой и компактной памяти на мультиферроиках

Команда французских исследователей продемонстрировала новый способ создания компактной цифровой памяти для портативной электроники, потребляющей меньше энергии. Это стало возможным благодаря мультиферроикам – классу материалов, комбинирующих необычные электрические и магнитные свойства.

На микроскопическом уровне атомы и молекулы генерируют электрические и магнитные поля. В большем масштабе в случае многих кристаллов эти свойства частиц сводят на нет действия друг друга. Но иногда в определённых составах, известных как ферромагнетики, магнитные свойства существуют на макроскопическом уровне и превращают материалы в магниты. Реже встречается электрическая упорядоченность в ферроэлектриках. И совсем особый случай – комбинация электрических и магнитных характеристик, как в мультиферроиках. Более того, в этих материалах поля взаимодействуют, что предоставляет способ контролировать спины атомов посредством электрического поля. Это открывает новые перспективы, особенно в хранении информации.

Исследователи из Лаборатории физики твёрдого тела (Laboratoire de Physique des Solides) и других научных организаций синтезировали состав со свойствами мультиферроика BiFeO3 и продемонстрировали взаимодействие между его электрическими и магнитными свойствами. Затем был создан материал из одного слоя BiFeO3 и ферромагнитной плёнки, на котором учёные показали возможность манипулировать ориентацией намагничивания частиц путём приложения электрического поля. Результаты подтверждают концепцию хранения и записи "магнитных" данных.

В сегодняшних жёстких дисках биты записываются определяющим намагничивание магнитным полем. Два возможных состояния обозначают 1 и 0. В случае мультиферроика каждый элемент памяти может находиться в четырёх состояниях (два в соответствии с электрической поляризацией и ещё два - намагниченностью). Возможность записывать и стирать данные электрическим полем имеет ключевой характер для развития мобильной электроники по двум причинам. Во-первых, генерирование такого поля требует меньше энергии, а значит аккумуляторы прослужат дольше. Во-вторых, оно более локально, то есть на единице площади может быть размещено больше элементов памяти.