L'équipe de recherche de l'UW-Madison comprend (de gauche à droite) le professeur de physique Mark Rzchowski, doctorant en science et ingénierie des matériaux Jonathan Schad, doctorant en physique Julian Irwin, et professeur de science et génie des matériaux Chang-Beom Eom, photographié dans le laboratoire d'Eom dans le bâtiment des centres d'ingénierie. Crédit :Sarah Page
Nos smartphones et ordinateurs ne seraient pas aussi utiles sans toutes les applications, musique, et des vidéos que nous gardons sur eux.
Actuellement, nos appareils stockent ces informations principalement de deux manières différentes :soit par des champs électriques (pensez à une clé USB) soit par des champs magnétiques (pensez au disque dur d'un ordinateur).
Chacun a ses avantages et désavantages. Cependant, à l'avenir, notre électronique pourrait bénéficier du meilleur de chacun.
"Il y a un concept intéressant, " dit Chang-Beom Eom, le professeur Theodore H. Geballe et le professeur émérite Harvey D. Spangler de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université du Wisconsin-Madison. « Pouvez-vous croiser ces deux façons différentes de stocker des informations ? Pourrions-nous utiliser un champ électrique pour modifier les propriétés magnétiques ? Ensuite, vous pouvez avoir une faible puissance, appareil multifonctionnel. Nous appelons cela un appareil "magnétoélectrique".
Dans une recherche publiée le 17 novembre, 2017, dans la revue Communication Nature , Eom et ses collaborateurs décrivent non seulement leur processus unique de fabrication d'un matériau magnétoélectrique de haute qualité, mais exactement comment et pourquoi cela fonctionne. Wittawat Saenrang est l'auteur principal de l'article.
Matériaux magnétoélectriques - qui ont à la fois des fonctionnalités magnétiques et électriques, ou « commandes » - existent déjà. Le changement d'une fonctionnalité induit un changement dans l'autre. "C'est ce qu'on appelle le couplage croisé, " dit Eom. " Pourtant, comment ils se croisent n'est pas clairement compris."
Acquérir cette compréhension, il dit, nécessite d'étudier comment les propriétés magnétiques changent lorsqu'un champ électrique est appliqué. Jusqu'à maintenant, cela a été difficile en raison de la structure compliquée de la plupart des matériaux magnétoélectriques.
Eom et ses collaborateurs ont développé un élégant, matériau homogène qui leur a non seulement permis de comprendre ses propriétés magnétoélectriques, mais un jour pourrait aussi être utile aux fabricants d'électronique qui espèrent tirer parti de ces propriétés. Sur la photo, Julian Irwin, doctorant en physique, qui fait partie de l'équipe de recherche. Crédit :Sarah Page
Autrefois, dit Eom, les gens ont étudié les propriétés magnétoélectriques en utilisant des matériaux très "complexes", ou ceux qui manquent d'uniformité.
Dans sa démarche, Eom a grandement simplifié non seulement la recherche, mais le matériel lui-même.
Fort de son expertise en matière de croissance matérielle, il a développé un procédé unique, en utilisant des « étapes » atomiques, " pour guider la croissance d'un ensemble homogène, couche mince monocristalline de ferrite de bismuth. Au dessus de ça, il a ajouté du cobalt, qui est magnétique ; en bas, il a placé une électrode de ruthénate de strontium.
que homogène, le matériau monocristallin était important car il permettait à Eom d'étudier beaucoup plus facilement le couplage croisé magnétoélectrique fondamental. "Nous avons trouvé que dans notre travail, à cause de notre domaine unique, nous pouvions réellement voir ce qui se passait en utilisant plusieurs sondages, ou d'imagerie, technique, " dit-il. " Le mécanisme est intrinsèque. C'est reproductible, et cela signifie que vous pouvez créer un appareil sans aucune dégradation, d'une manière prévisible."
Pour imager les changements de propriétés électriques et magnétiques en temps réel, Eom et ses collègues ont utilisé les puissantes sources de lumière synchrotron au Laboratoire national d'Argonne ainsi qu'en Suisse et au Royaume-Uni. « Quand vous le changez, le champ électrique commute la polarisation électrique. Si c'est "à la baisse, ' il bascule ' vers le haut, '" dit-il. "Le couplage à la couche magnétique change alors ses propriétés :un dispositif de stockage magnétoélectrique."
Ce changement de direction permet aux chercheurs de franchir les prochaines étapes nécessaires pour ajouter au matériau des circuits intégrés programmables, les éléments constitutifs qui sont à la base de notre électronique.
Alors que le matériau homogène a permis à Eom de répondre à d'importantes questions scientifiques sur la façon dont se produit le couplage croisé magnétoélectrique, cela pourrait également permettre aux fabricants d'améliorer leur électronique. « Maintenant, nous pouvons concevoir un système beaucoup plus efficace, appareil efficace et peu gourmand en énergie, " il dit.
