Fyzici objevují podivný nový magnetoelektrický efekt

Elektrické a magnetické vlastnosti konkrétního krystalu jsou navzájem propojeny velmi neobvyklým způsobem – tento jev byl objeven a vysvětlen na TU Wien (Vídeň).

Elektřina a magnetismus spolu úzce souvisí: elektrické vedení vytváří magnetické pole, rotující magnety v generátoru elektřinu. Tento jev je však mnohem komplikovanější: jsou spojeny také elektrické a magnetické vlastnosti určitých materiálů. Elektrické vlastnosti některých krystalů mohou být ovlivněny magnetickými poli – a naopak. V tomto případě se hovoří o „magnetoelektrickém efektu“. Hraje důležitou technologickou roli, například u určitých typů senzorů nebo při hledání nových konceptů v oblasti ukládání dat.

Byl zkoumán speciální materiál, u kterého na první pohled nebylo možné očekávat žádný magnetoelektrický efekt. Pečlivé experimenty však nyní ukázaly, že účinek lze u tohoto materiálu pozorovat, funguje to ale velmi odlišně než obvykle. Lze jej ovládat s vysokou citlivostí: i malé změny ve směru magnetického pole mohou změnit elektrické vlastnosti materiálu do úplně jiného stavu.

Symetrie řídí spojku

„To, zda jsou elektrické a magnetické vlastnosti krystalu spojeny nebo ne, závisí na vnitřní symetrii krystalu,“ říká profesor Andrei Pimenov z Ústavu fyziky pevných látek TU Wien. „Pokud má krystal vysoký stupeň symetrie, například pokud je jedna strana krystalu přesně zrcadlovým obrazem druhé strany, z teoretických důvodů nemůže dojít k žádnému magnetoelektrickému efektu.“

Lukas Weymann

Lukas Weymann v laboratoři TU ve Vídni. Fotografický kredit: TU Wien

To platí pro krystal, který byl nyní důkladně prozkoumán – takzvaný langasit vyrobený z lanthanu, gália, křemíku a kyslíku, který je dotován atomy holmia. “Krystalová struktura je tak symetrická, že by ve skutečnosti neměla umožňovat žádný magnetoelektrický efekt.” A se slabými magnetickými poli ve skutečnosti neexistuje vazba na elektrické vlastnosti krystalu, “říká Andrej Pimenov. “Pokud však zvýšíme sílu magnetického pole, stane se něco pozoruhodného: atomy holmium změní svůj kvantový stav a získají magnetický moment.” Tím se rozbije vnitřní symetrie krystalu. “

Z čistě geometrického hlediska je krystal stále symetrický, ale je třeba vzít v úvahu také magnetismus atomů, což narušuje symetrii. Proto lze elektrickou polarizaci krystalu změnit pomocí magnetického pole. “Polarizace je situace, kdy jsou kladné a záporné náboje v krystalu od sebe mírně posunuty,” vysvětluje Pimenov. „Toho by bylo snadné dosáhnout pomocí elektrického pole – ale díky magnetoelektrickému jevu je to možné také u magnetického pole.“

Není to síla, je to směr

Čím silnější je magnetické pole, tím více ovlivňuje elektrickou polarizaci. “Vztah mezi polarizací a intenzitou magnetického pole je zhruba lineární, což není neobvyklé,” říká Andrej Pimenov. “Je však pozoruhodné, že vztah mezi polarizací a směrem magnetického pole je vysoce nelineární.” Pokud trochu změníte směr magnetického pole, polarizace se může zcela převrátit. Toto je nová forma magnetoelektrického jevu, která dříve nebyla známa. “Malý obrat může rozhodnout, zda magnetické pole může změnit elektrickou polarizaci krystalu, nebo ne.”

Příležitost pro nové technologie úložiště

“Magnetoelektrický efekt bude hrát stále důležitější roli pro různé technologické aplikace,” říká Andrei Pimenov. “V dalším kroku se pokusíme změnit magnetické vlastnosti pomocí elektrického pole namísto změny elektrických vlastností pomocí magnetického pole.” V zásadě by to mělo být také možné. “

Pokud se to podaří, byl by to slibný nový způsob ukládání dat v pevných látkách. “Dnes jsou magnetická pole vyžadována v magnetických paměťových médiích, jako jsou pevné disky počítačů,” vysvětluje Pimenov. “Jsou generovány magnetickými cívkami, což vyžaduje relativně velké množství energie a času.” Pokud by existoval přímý způsob, jak nahradit magnetické vlastnosti úložiště v pevné fázi elektrickým polem, byl by to průlom. “

Odkaz: „Neobvyklý magnetoelektrický efekt v paramagnetickém langasitu vzácných zemin“ autorů Lukas Weymann, Lorenz Bergen, Thomas Kain, Anna Pimenow, Alexey Shuvaev, Evan Constable, David Szaller, Boris V. Mill, Artem M. Kuzmenko a Vsevolod Yu. Ivanov, Nadežda V. Kostyuchenko, Alexander I. Popov, Anatoly K. Zvezdin, Andrej Pimenov, Alexander A. Mukhin a Maxim Mostovoy, 7. září 2020, npj kvantové materiály.
DOI: 10.1038 / s41535-020-00263-9

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lipidy na membráně mozkových buněk jsou kvůli léčbě Alzheimerovy choroby většinou přehlíženy

Byly vytvořeny vazby mezi lipidovou nerovnováhou a onemocněním, kdy změny lipidů zvyšují tvorbu amyloidových plaků, což je rys Alzheimerovy choroby. Tato nerovnováha inspirovala...

Astrofyzici jsou překvapeni neočekávanými účinky černých děr mimo jejich vlastní galaxie

Umělecká kompozice supermasivní černé díry, která reguluje vývoj jejího prostředí. Autor obrázku: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) a Dylan Nelson (Illustris-TNG) Ve středu téměř každé...

Největší australský dinosaurus – jižní titán – právě vstoupil do knih rekordů!

Australotitan cooperensis, „Southern Titan of the Cooper“. Fotografický kredit: Vlad Konstantinov, Scott Hocknull © Eromanga Natural History Museum Co je to basketbalové hřiště tak...

„Paralelní reaktory“ na bázi fotonických krystalových vláken odhalují kolektivní analogie hmotných a solitárních molekul

A. Schéma paralelních optických solitonových reaktorů založené na dutině prstencového vláknového laseru s režimem blokování. Časová optomechanická (OM) mříž umožněná fotonickými krystalovými...

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Newsletter

Subscribe to stay updated.