• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Szybsze i tańsze przechowywanie danych dzięki przełomowi w materiałoznawstwie

    26.08.2011. 18:26
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Finansowani ze środków unijnych naukowcy z Francji, Niemiec i Wlk. Brytanii opracowali materiał, który cechuje się rzadką i wszechstronną cechą magnetyzmu w temperaturze pokojowej.

    W artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Materials zespół wyjaśnia, jak tę unikalną "multiferroiczną" właściwość materiału można by wdrożyć w szybkim i niedrogim przechowywaniu danych. Materiał multiferroiczny można ładować zarówno elektrycznie (ferroelektryczność), jak i magnetycznie. Jego magnetyzacja jest regulowana za pomocą elektryczności.

    Komisja Europejska wsparła badania kwotą 10 mln EUR z projektu ELISA (Europejska działalność związana ze źródłami światła - synchrotrony i lasery na swobodnych elektronach), który otrzymał dofinansowanie z tematu "Infrastruktury badawcze" Siódmego Programu Ramowego (7PR). Zespół otrzymał również od Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych grant dla doświadczonych naukowców w wysokości 2.148.796 EUR w ramach projektu FEMMES (Ferroelektryczne, wielofunkcyjne połączenia tunelowe do memrystorów i spintroniki).

    Materiał, na którym oparły się badania nazywany jest tytanianem baru (BaTiO3).
    Zespół zaobserwował podwójną właściwość - ferroelektryczną i ferromagnetyczną - w cienkich warstwach BaTiO3, korzystając z metody badawczej znanej jako rezonansowe magnetyczne rozpraszanie promieni X.

    "Pokazaliśmy, jak można otrzymać materiał multiferroiczny w temperaturze pokojowej" - mówi kierownik badań Sergio Valencia z Centrum Badań Materiałów i Energii im. Helmholtza w Berlinie. "Tytanian baru jest ferromagnetykiem, a to oznacza, że posiada sieciowy moment magnetyczny, który można kontrolować za pomocą pola elektrycznego. Pomysł polega na tym, że można podłączyć ferroelektryk do napięcia i odwrócić polaryzację, która wpłynie z kolei na magnetyzację warstwy [BaTiO3]. Można to na przykład wykorzystać do zapisywania bitów informacji w pamięci komputerów przez samo podłączenie napięcia, co jest znacznie tańsze pod względem energetycznym niż tradycyjne pola magnetyczne."

    Z tego właśnie względu możliwość sterowania magnetyzmem materiałów w temperaturze pokojowej jest rentowniejsza, a z kolei kontrolowanie obecnych materiałów multiferroicznych jest znacznie bardziej skomplikowane.

    Zespół ma nadzieję, że poczynione odkrycia zmniejszą niedobór tego typu multiferroików. Dwie cechy - ferromagnetyczna i ferroelektryczna - mają burzliwe relacje. Warunki, jakich wymaga ferromagnetyk niestety nie są takie same, jak te potrzebne ferroelektrykowi. Aczkolwiek jednocześnie uzupełniają się wzajemnie i wpływają na swoje zachowanie.

    "Jest ich niewiele i problem polega na tym, że większość z nich ma właściwości multiferroiczne jedynie w bardzo niskich temperaturach" - zauważa Sergio Valencia. "Dlatego nie znajdują zastosowania. Jeżeli multifferoik potrzebuje temperatury 270°C, to jego wdrożenie w urządzeniach pracujących w temperaturze pokojowej jest naprawdę trudne i skomplikowane."

    Głównym celem projektu FEMMES, który będzie realizowany do 2016 r., jest badanie zależności między tunelowaniem ładunku/spinu a ferroelektrycznością w ferroelektrycznych połączeniach tunelowych (FTJ) złożonych z dwóch elektrod oddzielonych ferroelektryczną barierą tunelową. Przedmiotem zainteresowania będą zagadnienia o fundamentalnym znaczeniu, takie jak wpływ powierzchni międzyfazowej i małej grubości na ferroelektryczność, uzależnienie tunelowania ładunku i spinu od orientacji ferroelektrycznej (elektrooporność), oddziaływanie ferroelektryczności bariery na magnetyzm i polaryzację spinu elektrod.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Lak – materiał mający właściwość mięknięcia w podwyższonej temperaturze aż do postaci półpłynnej oraz zastygania w temperaturze pokojowej. Po zastygnięciu trwale zachowuje kształt, który miał w trakcie obniżania temperatury i ma dobrą przyczepność do papieru i materiałów tekstylnych (płótna, także nici itp.), przy czym jest stosunkowo kruchy. Magnetyzacja (namagnesowanie) jest właściwością materiałów (m.in. magnesów), która opisuje pole magnetyczne wytwarzane przez materiał. Przez magnetyzację rozumie się także wielkość fizyczną określającą wytwarzane przez materiał pole magnetyczne, definiuje się ją przez określenie momentów magnetycznych wytworzonych w jednostce objętości. Głównymi składnikami magnetyzacji są orbitalne i spinowe momenty magnetyczne elektronów. Badania materiałowe – interdyscyplinarny obszar badań naukowo-technicznych, w którym jest prowadzona analiza wpływu chemicznej i fizycznej struktury materiałów na ich właściwości elektryczne, mechaniczne, optyczne, powierzchniowe, chemiczne, magnetyczne i termiczne (także rozmaite kombinacje tych właściwości) oraz są opracowywane sposoby wytwarzania materiałów o pożądanych właściwościach.

    Badania materiałowe – interdyscyplinarny obszar badań naukowo-technicznych, w którym jest prowadzona analiza wpływu chemicznej i fizycznej struktury materiałów na ich właściwości elektryczne, mechaniczne, optyczne, powierzchniowe, chemiczne, magnetyczne i termiczne (także rozmaite kombinacje tych właściwości) oraz są opracowywane sposoby wytwarzania materiałów o pożądanych właściwościach. Właściwości materiałowe – cecha każdego materiału zdefiniowanego jako kompozycja chemiczna w określonych warunkach fizycznych. Zależnie od warunków fizycznych, wartości właściwości materiałowych dla pojedynczego materiału mogą być różne. Nie są to więc właściwości materiału takie, jak np. skład chemiczny.

    Nanomateriały – wszelkie materiały, w których występują regularne struktury na poziomie molekularnym, tj. nie przekraczającej 100 nanometrów. Granica ta może dotyczyć wielkości domen jako podstawowej jednostki mikrostruktury, czy grubości warstw wytworzonych lub nałożonych na podłożu. W praktyce granica poniżej której mówi się o nanomateriałach jest różna dla materiałów o różnych właściwościach użytkowych i na ogół wiąże się to z pojawieniem szczególnych właściwości po jej przekroczeniu. Zmniejszając rozmiar uporządkowanych struktur materiałów można uzyskać znacznie lepsze właściwości fizyko-chemiczne, mechaniczne, itp. Anizotropowy magnetoopór (AMR – anisotropic magneto resistance), zwany także anomalią zjawiska magnetorezystancyjnego jest zjawiskiem występującym w metalach i stopach ferromagnetycznych, objawiającym się zmianą oporności pod wpływem zmiany orientacji namagnesowania materiału względem kierunku płynącego przez niego prądu. Zjawisko to charakteryzuje się tym, że zmiany oporu elektrycznego zachodzą w znacznie mniejszych natężeniach pola magnetycznego, niż ma to miejsce w przypadku zwyczajnego magnetooporu. Największe obserwowane amplitudy efektu AMR sięgają 50% w niskich temperaturach. W głowicach odczytu informacji wykonywanych z najczęściej stosowanego materiału tj. permaloju (Fe80Ni20) efekt AMR w temperaturze pokojowej osiąga wartości zbliżone do 4%. Mechanizm zjawiska AMR w metalach ferromagnetycznych wyjaśnia się współudziałem w przewodnictwie elektronów pasma 3d (transport elektronowy zachodzi głównie dzięki elektronom 4s). Na rys. 1 przedstawiono gęstość stanów dla metalu ferromagnetycznego.

    Materiał magnetyczny jest to materiał wykazujący własności magnetyczne. Generalnie, wszystkie pierwiastki chemiczne i wszystkie ich związki chemiczne wykazują pewne własności magnetyczne (zobacz tabela pierwiastków na dole strony). Materiały ognioodporne (ogniotrwałe) – materiały stosowane w urządzeniach przenaczonych do pracy w wysokiej temperaturze albo w obecności ognia. Angielski termin "refractory" odnosi się do żarowytrzymałości, czyli odporności mechanicznej materiału w wysokiej temperaturze, podczas gdy wyróżnia się jeszcze pojęcie żaroodporności, czyli oporności korozyjnej w tych warunkach.

    Efekt pamięci kształtu – efekt indukowany przez zmianę temperatury lub przyłożenie zewnętrznego pola magnetycznego. Termosprężysta pamięć kształtu polega na tym, iż po odkształceniu materiału przy odpowiedniej temperaturze oraz następnym nagrzaniu do nowej, wyższej temperatury następuje powrót odkształconego elementu do pierwotnego kształtu. Zjawisko fizyczne pojawiające się na skutek zachodzenia bezdyfuzyjnej, odwracalnej, termosprężystej przemiany martenzytycznej. Jest przemianą heterogeniczną (można wyróżnić etap zarodkowania i wzrostu zarodków) i atermiczną (kinetyka przemiany fazowej jest niezależna od czynników ją indukujących). Magnetyczny efekt pamięci kształtu polega na zmianie orientacji martenzytu pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego.

    Faktura (technika): Charakterystyczna powierzchnia przedmiotu wynikająca z właściwości fizycznych materiału z którego jest zrobiony, oraz sposobu jego obrobienia lub dodatków i zanieczyszczeń wyjściowego materiału. Może ona być gładka, chropowata, falista, niejednolita, pomarszczona. Często określana jest również poprzez porównania do innych materiałów posiadających ogólnie rozpoznawalną i charakterystyczną fakturę, np. aksamitna, skórzasta, faktura płótna. Zwyczajowo fakturę określa się jako dużą jeżeli znacznie odbiega od gładkiej powierzchni danego materiału.

    Materiały funkcjonalne – materiały zmieniające kształt i właściwości fizyczne pod działaniem pól zewnętrznych: Szkło spinowe – rodzaj materiału magnetycznego, wykazujący lokalne uporządkowanie spinów (momentów magnetycznych), lecz nie posiadający wypadkowego momentu magnetycznego. Ze szkłem spinowym mamy do czynienia, gdy momenty magnetyczne rozmieszczone są przypadkowo w sieci krystalicznej, a oddziaływanie spinu z pierwszym sąsiadem ma naturę ferromagnetyczną, a z drugim antyferromagnetyczną. Oddziaływanie o charakterze ferromagnetycznym między momentami magnetycznymi następuje przez poruszające się elektrony przewodnictwa. W przypadku szkieł spinowych struktura materiału i rodzaj oddziaływań prowadzi do frustracji spinów (sprzeczne oddziaływanie z najbliższymi i drugimi sąsiadami) co sprawia, że energia układu ma wiele minimów. Konsekwencją powyższego jest płynięcie układu w czasie, tzn. wolne zmienianie się struktury spinowej – co jest cechą charakterystyczną szkieł spinowych.

    Dodano: 26.08.2011. 18:26  


    Najnowsze