Новая форма магнитоэлектрического эффекта — путь к многообещающему способу хранения данных

В отдельно взятых кристаллах электрические свойства и магнетизм имеют сильную взаимосвязь. Так, некоторые электрические свойства, например, поляризацию можно контролировать при помощи изменений напряженности магнитного поля, причем и обратная связь тоже существует. Физики называют эту особенность магнитоэлектрическим эффектом — именно он используется во многих технологиях, например, его применяют в датчиках систем навигации, электродвигателей, систем зажигания. Также это явление считается очень перспективным для поиска новых вариантов хранения данных.

Неожиданное открытие ученых-физиков — магнитоэлектрический эффект в кристалле гольмий-легированного лангазита — может послужить основой для прорывных разработок в области хранения данных

Физики из Венского технического университета в поисках перспективного материала исследовали гольмий-легированный лангазит (HoxLa 3-x Ga5SiO14). Это кварц-подобный кристалл, который синтезировали еще в 80-х годах прошлого века. Из-за практически полностью симметричной структуры лангазита ученые никогда не предполагали наличие в нем магнитоэлектрического эффекта — в симметричных кристаллах он не наблюдается.

В ходе исследования, опубликованного в npj Quantum Materials, выяснилось, что это явление в кристалле присутствует, но в другой форме, до этого науке неизвестной — даже самые незначительные колебания магнитного поля способны изменять электрические свойства кристалла.

Кроме того, обычно слабое магнитное поле в кристаллах никак не влияет на их электрические характеристики. В лангазите же при увеличении напряженности магнитного поля изменяется квантовое состояние атомов гольмия и те получают магнитный момент — физики были удивлены такому открытию. Ученые говорят, что, хотя симметрия была сохранена в геометрическом смысле, магнетизм атомов гольмия ее нарушил, создав эффект, который относится к сфере квантовой физики.

Изменилась и электрическая поляризация, при которой положительные и отрицательные заряды в кристалле слегка смещаются, причем (что важно) с помощью колебаний магнитного поля, а не электрического.

При этом изменение поляризации происходило линейно, что считается нормальным явлением. А вот при смене направления магнитного поля эта зависимость линейной уже не была — даже при его небольшом вращении поляризация меняется существенно. Это и есть новая форма магнитоэлектрического эффекта, о которой физики раньше не знали. Проще говоря, даже совсем незначительное изменение вращения магнитного поля может вызвать большое изменение эффекта электрической поляризации.

Новый вид магнитоэлектрического эффекта заключается в том, что направленность магнитного поля контролирует электрические свойства кристалла. Причем важное значение играют и совсем небольшие изменения, а дело даже не в силе магнетизма

Сейчас авторы работы должны перейти к следующему этапу исследования. Теперь ученые планируют сделать противоположный шаг — повлиять на намагниченность кристалла электрическим полем. Если и это удастся, то разработка перспективных способов хранения данных — вопрос ближайшего времени. Дело в том, что в магнитных жестких дисках генерация катушкой магнитного поля — процесс длительный и энергозатратный. Поэтому возможность контролировать намагниченность накопителя электрическим полем — серьезный прорыв в этой области.