Sähkö ja magnetismi samassa materiaalissa

09.12.2013

Materiaalitieteessä, sähköisiä ja magneettisia vaikutuksia on yleensä tutkittu erikseen. On kuitenkin epätavallisia "multiferroisia" materiaaleja, jossa sähköiset ja magneettiset herätteet liittyvät läheisesti toisiinsa.

Wienin teknillisen yliopiston tutkijat ovat esitelleet kokeilun, jossa magneettisiin ominaisuuksiin ja herätteisiin voidaan vaikuttaa sähköjännitteellä. Tämä avaa täysin uusia mahdollisuuksia korkeiden taajuuksien elektroniikalle.

Sähkö ja magnetismi ovat saman kolikon kaksi puolta, jonka aallot vapaassa tilassa koostuvat aina sekä sähköisestä että magneettisesta komponentista. Mutta materiaalien ominaisuuksissa sähköisyyttä ja magnetismia on kuitenkin pidetty erillisinä aiheina.

Magneetilla on magneettikenttä, mutta ei sähkökenttää. Pietsosähköisessä kiteessä voidaan kuitenkin muodostaa sähkökenttä, mutta ei magneettikenttää. Molempien aikaan saaminen tuntuu mahdottomalta.

- Yleensä kumpikin vaikutus on luotu hyvin eri tavoin. Magneettinen järjestys tulee elektroneista niiden yhtenäistäessä magneettiset momenttinsa, sähköinen järjestys tulee positiivisten ja negatiivisten varausten liikkuessa suhteessa toisiinsa, sanoo professori Andrei Pimenov (TU Wien).

Vuonna 2006 Andrei Pimenov löysi todisteita herätteistä jotka perustuvat sekä sähköiseen että magneettiseen muotoon. Näistä herätteistä, jotka on nimetty sähkömagnoneiksi (electromagnons), on kiistelty materiaalitieteessä siitä lähtien.

Nyt Pimenov ja hänen tutkijaryhmänsä ovat onnistuneet kytkemään tällaiset herätteet päälle ja pois sähkökentällä erityisessä materiaalissa, joka on valmistettu dysprosiumista, mangaanista ja hapesta (DyMnO3).

Tässä materiaalissa, monet elektronit mukauttavat magneettiset momenttinsa alhaisissa lämpötiloissa. Jokaisella elektronilla on magneettinen suunta, joka on hieman vääristynyt suhteessa viereiseen elektroniin - siksi elektronit luovat magneettisien momenttien kierteitä. Kierteellä on kaksi mahdollista suuntaa - myötä- tai vastapäivään - ja yllättäen, ulkoisella sähkökentällä voi vaihtaa näiden kahden mahdollisuuden välillä.

Magneto-sähköisissä materiaaleissa, atomien varaukset ja magneettiset momentit ovat liittyneet toisiinsa. Dysprosium-mangaanioksidissa tämä kontakti on erityisen vahva. Magneettiset momentit ja sähkövaraukset osallistuvat kumpikin samanaikaisesti herätteeseen, joten molempiin voidaan vaikuttaa yhdellä ulkoisella kentällä.

Löytö voi johtaa uudenlaisiin vahvistimiin, transistoreihin tai tallennuslaitteisiin ja siihen tukeutuen voidaan rakentaa erittäin herkkiä antureita.
23.06.2022Perovskiitti ei hevillä antaudu
23.06.2022Pieni robotti kävelee kuin rapu
21.06.2022Uudenlaisen muistin rakentaminen
20.06.2022Nykytekniikalla fotoniselle kvanttirajalle
17.06.2022Polarisaatiota hyödyntävä fotoninen prosessori
16.06.2022Akkuteollisuus etsii uusia materiaaleja
15.06.2022Tutkijat tehostavat atomiradion vastaanottoa
14.06.2022Maanjäristyksen tunnistusta kvanttisalausverkolla
13.06.2022Yön aikainen aurinkokennotekniikka
10.06.2022Hedelmäkärpäsen digitaalinen kaksonen

Siirry arkistoon »