Ferrosähköisyyden mysteeri on ratkaistu

29.10.2018

LiU-ferrosahkon-hysteronit-400-t.jpgOrgaaninen ferrosähköinen materiaali koostuu nanometrien levyisistä pinoista levykemäisiä molekyylejä, jotka toimivat kuin hysteronit ideaalisen ferrosähköisesti käyttäytyen. Koottuna makroskooppiseksi muistilaitteeksi, tuloksena on luonteenomainen pyöristetty hystereesisilmukka.

Vasta nyt tutkijat ovat onnistuneesti osoittaneet, että Franz Preisachin vuonna 1935 ehdottamat hypoteettiset "hiukkaset" ovat todellisuudessa olemassa.

Linköpingin ja Eindhovenin yliopistojen tutkijat osoittavat nyt miksi ferrosähköiset materiaalit toimivat kuten ne toimivat.

Ferromagneettisista materiaaleissa elektronit toimivat pieninä magneettisina dipoleina mutta ferrosähköisissä dipolit eivät ole magneettisia vaan sähköisiä.

Sopivalla sähkökentällä dipolit kohdistuvat kentän suuntaisesti. Lisäksi materiaalissa esiintyy hystereesi, mikä tekee nämä materiaalit erittäin sopivaksi uudelleenkirjoitettaviin muisteihin.

Ihanteellisessa ferrosähkömateriaalin palassa koko pala vaihtaa polarisaatiotaan mutta reaalimaailman ferrosähkömateriaaleissa eri osat polarisoivat erilaisilla kenttävahvuuksilla ja nopeuksilla. Tämän epäideaalisuuden ymmärtäminen on avain muistisovelluksiin.

Puhtaasti matemaattinen Preisach-malli kuvaa ferromateriaaleja suurena kokoelmana pieniä itsenäisiä moduuleja, joita kutsutaan hysteroneiksi (hysterons). Jokainen niistä osoittaa ihanteellista ferrokäyttäytymistä, mutta kullakin on oma kriittinen kenttä, joka voi olla eri kuin toisella hysteronilla.

On yleisesti sovittu, että malli antaa tarkan kuvauksen todellisista materiaaleista, mutta tutkijat eivät ole ymmärtäneet fysiikkaa, johon malli on rakennettu?

Professori Martijn Kemerinkin tutkimusryhmä on yhdessä Eindhovenin yliopiston tutkijoiden kanssa tutkinut kahta orgaanista ferrosähköistä mallijärjestelmää ja löytänyt sitä kautta selityksen.

Tutkittujen orgaanisten ferrosähköisten materiaalien molekyylit haluavat olla toistensa päällä, muodostaen sylinterimäisiä pinoja, jotka ovat noin nanometrin levyisiä ja useita nanometrejä pitkiä. Tutkijoiden mukaan kyseiset pinot ovat itse asiassa etsittyjä hysteroneja.

"Nyt kun olemme osoittaneet, kuinka molekyylit vuorovaikuttavat toistensa kanssa nanometritasolla, voimme ennustaa hystereesi-käyrän muodon. Tämä selittää myös miksi ilmiö toimii, kuten se toimii.

Tutkijoiden mukaan on melko todennäköistä, että kyseessä on yleinen ilmiö. Nämä tulokset voivat ohjata materiaalisuunnittelua uusille monibittisille muisteille ja ne ovat jatkossa tie pieniin ja joustaviin muisteihin tulevaisuudessa.

Vuotta aikaisemmin professori Martijn Kemerinki osoitti espanjalaisten ja hollantilaisten kollegoidensa kanssa ensimmäistä materiaalia, jonka johtavuusominaisuuksia voidaan kytkeä päälle ja pois hyödyntämällä ferrosähköistä polarisaatiota.

Silloin tutkijat arvelivat, että menettelyä voidaan käyttää pieniin ja joustaviin digitaalisiin muisteihin tulevaisuudesta sekä täysin uudentyyppisille aurinkokennoille.

Ferrosähköisellä ilmiöllä esimerkiksi ohutkalvo muuttaa materiaalin polarisaatiota sähkökentän suunnalla ohjattuna mutta kyseisessä tutkimuksessa se johti myös johtavuuden muutokseen.

20.12.2023Nanoresonaattorit avaavat tietä kvanttiverkoille
19.12.2023Metapinta-antenni 6G:lle ja meta-atomeja
18.12.2023Atomintarkkaa 2D-materiaalien integrointia
16.12.2023Kvanttiakuissa rikotaan kausaliteetti
15.12.2023Hierarkkinen generatiivinen mallinnus autonomisille roboteille
14.12.2023Uusi näkemys moniarvoisten akkujen suunnitteluun
13.12.2023Optisella langattomalla ei ehkä enää ole esteitä
13.12.2023Fyysikot kvanttilomittavat yksittäisiä molekyylejä
12.12.2023Edullista tribosähköä ja aurinkokenno puumateriaalista
08.12.20232D-materiaaleista 3D-elektroniikkaa tekoälylaitteistoihin
07.12.2023Fotonikomponentteja RF-signaalin käsittelyyn
06.12.2023Elektromagnoniikasta uusi tiedonkäsittelyn alusta
05.12.2023Uusi alusta kvantti-informaation käsittelyyn
04.12.2023Lämpöä voidaan käyttää laskentaan
01.12.2023Askel biologian ja mikroelektroniikan integroinnille
30.11.2023Josephson-liitosten käyttö supravirran ohjaamiseen
29.11.2023Mikrotekniikkaa ja molekyylikemiaa aurinkokennoille
28.11.2023Materiaalien kehittelyä koneoppisella
27.11.2023Kaksiulotteisia magneetteja tietotekniikalle
25.11.2023Uusi jäähdytysmekanismi jääkaapeille ja jäähdytyslaitteille
24.11.2023Vangita elektroneja 3D-kiteeseen
23.11.2023Pikofotoniikan synty: Kohti aikakidemateriaaleja
22.11.2023Veden ja ilman välinen akustinen viestintä
21.11.2023Uusia kubittiratkaisuja
20.11.2023Erittäin nopeat laserit erittäin pienillä siruilla
18.11.2023Grafeenia, fotosynteesiä ja tekoälyä vihreään energiantuotantoon
17.11.2023Parempaa energiatehokkuutta tietojenkäsittelyyn
16.11.2023Kommunikointia tyhjyyden kanssa
15.11.2023Metamolekyylisen metamateriaalin valmistus
14.11.2023Läpi ahtaankin raon
13.11.2023Outo magneettinen materiaali voi tehdä laskennasta energiatehokasta
11.11.2023Sähköä molekyylien ja ionien tasolta
11.11.2023Neuroverkkoja optisesti ja kvanttihybridinä
09.11.2023Viisi kerrosta grafeenia
08.11.2023Lämmönsiirron hallintaa transistorilla
07.11.2023Metamateriaali yhdistää katkenneet hermot
06.11.2023Valoa valolla ohjaten
04.11.2023Hiilidioksidia polttoaineeksi tehokkaasti
03.11.20233D-tulostustekniikkaa kvanttiantureille
03.11.2023Magnetismia ei-magneettisissa materiaaleissa
02.11.2023Energiatehokas tekoälysiru
01.11.2023Ferrosähköisyyttä piin kanssa ja yhdellä alkuaineella
31.10.2023Magneettisten aaltojen hallinta suprajohteilla
30.10.2023Vakautta ja tehokkuutta perovskiittiaurinkokennoille
28.10.20233D-tulostettu reaktorisydän aurinkopolttoaineille
27.10.2023Tekoälyä kolmiulotteisella datalla
26.10.2023Kvantti-ilmiön sähköinen ohjaus
25.10.2023Verkkoliitäntä kvanttitietokoneille ja radiospektrin kattava ilmaisin
24.10.2023Fotonikiteet taivuttavat valoa aivan kuin painovoima
23.10.2023Nanorakenteet tehostavat litium-rikki akkuja
21.10.2023Vetyä tankaten
20.10.2023Harppaus hiilinanoputkia pidemmälle
19.10.2023Suprajohtava niobium-aaltoputki
19.10.2023Ruoste ja topologia tehostavat magnetismia
17.10.2023Virheiden osoittaminen tehostaa kvanttilaskentaa
16.10.2023Pyrosähköä viruksista
16.10.2023Uusi kubittialusta luodaan atomi kerrallaan
12.10.2023Kvasikiteitä ja ultralaajakaistaista kuvausta
11.10.2023Kontakteja ja seostusta grafeeninanonauhoihin
10.10.2023Magneettinen heterorakenne nopeuttaa tietotekniikkaa
09.10.2023Mullistava väriteknologia ja aurinkoenergia
06.10.2023Timanteista kvanttisimulaattoreita
05.10.2023Kultaa ja perovskiittiä
04.10.2023Tehokkaampaa koulutusta tekoälylle
03.10.2023Lämpötilakuvausta aineen sisältä
02.10.2023Femtosekunnin laseri lasista
29.09.2023Tavoitteena parempia kubitteja
28.09.2023Suola ja kulta tuottavat sähköä
27.09.2023Laaksotroniikka lämpenee
26.09.2023Tekoälyä monisensorisella integroidulla neuronilla
25.09.2023Magneetteja huonelämpöiseen kvanttilaskentaan
23.09.2023Lupaavia vedyn tuotannon tapoja
23.09.2023Kvanttipotentiaalin vapauttaminen monipuolisilla kvanttitiloilla
21.09.2023Terahertsiaaltoja helpommin
20.09.2023Espoosta voi ostaa kvanttitietokoneen
19.09.2023Kvanttianturien tarkkuutta voi edelleen parantaa
18.09.2023Kaksiulotteisia fettejä piikiekolle
16.09.2023Grafeenia, vihreää energiaa ja materiaaleja
15.09.2023Infrapunavaloa kvanttipisteistä
14.09.2023Kohti täydellisiä optisia resonaattoreita
13.09.2023Pidemmän kantaman vedenalaista viestintää
12.09.2023Pisara-akku tasoittaa tietä biointegroinnille
11.09.2023Atomisen tarkkoja antikvanttipisteitä
08.09.2023Outo metalli on nyt vähemmän outo
07.09.2023Yhtä aikaa analoginen ja digitaalinen
06.09.2023Fotoni kuljettaa ja koodaa kvantti-informaatiota
05.09.2023Parempi kyberturvallisuus uudella materiaalilla
04.09.2023Miten valo toimii? Kysy mekaanikolta
01.09.2023Spinin kytkentää kvanttimateriaalissa huonelämpötilassa
31.08.2023Kuditit antavat välähdyksen kvanttitulevaisuudesta
30.08.2023Ledejä piirtäen ja vaihtoehto orgaanisille ledeille
29.08.2023Ioniansoja, fermionprosessori ja kvanttihybridimekaniikkaa
28.08.2023Grafeenin ominaisuuksia grafiittiin
26.08.2023Tehokas fotoreaktori ja kestävä polttokennoarkkitehtuuri
25.08.2023Pienenergian keruuta grafeenin värähtelystä
24.08.2023Valoa magneetin sisään
23.08.2023Hiilipohjaista kvanttitekniikkaa
22.08.2023Kohti vikasietoisia kubitteja
21.08.2023Kaksiulotteinen aaltojohde valolle
19.08.2023Aurinkokenno toimii kuin kasvin lehti

Näytä lisää »