Исследователи из Уорикского университета создали новый материал, сочетающий в себе два свойства — магнетизм и электрическую поляризацию, — которые ученые пытались объединить на протяжении десятилетий. Что особенно важно, этот материал работает при температуре, близкой к комнатной.
Материалы, обладающие одновременно магнетизмом и электрической поляризацией, известные как магнитоэлектрики, высоко ценятся, поскольку позволяют переключать магнитную информацию с помощью электрического поля, а не магнитного. Это может сделать будущую компьютерную память гораздо более энергоэффективной, что становится все более актуальной проблемой, поскольку центры обработки данных и системы искусственного интеллекта предъявляют все более высокие требования к энергосети. Проблема в том, что большинство магнитоэлектрических материалов работают только при экстремально низких температурах, что делает их непригодными для повседневного использования.
Новый материал, о котором сообщается в журнале JACS, представляет собой разновидность манганита стронция. Он решает эту проблему с помощью простого структурного трюка: пары атомов внутри его кристаллической структуры координированно наклоняются друг к другу. Этого небольшого смещения достаточно, чтобы создать электрический заряд в материале, а также придать ему слабый переключаемый магнетизм.
Важно отметить, что заряд не зависит от магнетизма, в отличие от большинства магнитоэлектриков, где эти два свойства взаимосвязаны и сохраняются только при очень низких температурах. Поскольку структурный сдвиг и магнетизм здесь стабильны по отдельности, оба явления сохраняются при гораздо более высоких и практичных температурах.
«Найти материал, сочетающий в себе магнетизм и электрическую поляризацию, само по себе непросто, но найти такой материал, который сохранял бы эти свойства при температуре, близкой к комнатной, было настоящей проблемой для ученых, — говорит доктор Струан Симпсон с химического факультета Уорикского университета. — Самое интересное здесь то, что механизм этого явления на удивление прост: достаточно небольшого скоординированного наклона кристаллической структуры». Именно эта простота позволяет нам быть уверенными в том, что этот подход можно применять гораздо шире.
Используя рентгеновское и нейтронное рассеяние с высоким разрешением, а также детальное компьютерное моделирование, команда ученых подтвердила, что этот эффект сохраняется при температуре, близкой к комнатной, что намного выше, чем в большинстве материалов такого типа. Они также показали, что эффект можно усилить, изменив химический состав материала, что открывает простой способ тонкой настройки его свойств.