Магнитная запись информации сейчас применяется в каждом персональном компьютере, а в будущем ожидается, что магнитная память произвольного доступа (MRAM) заменит полупроводниковую память в компьютерах и мобильных телефонах.

Несмотря на то, что проблема считывания в магнитной памяти успешно решена с помощью датчиков на гигантском магнитосопротивлении (эффекта, за открытие которого была присуждена Нобелевская премия прошлого года), запись магнитной информации все еще осуществляется «дедовскими» способами, восходящими к опытам Ганса Христиана Эрстеда: магнитное поле создается электрическим током. Такой способ все меньше устраивает технологов, поскольку при дальнейшем уменьшении размеров проводников для создания полей той же напряженности потребуется увеличение плотности тока, что приведет к их перегреву и разрушению. Вот почему все чаще говорят об электрической записи магнитной информации, и тут сама природа подсказывает решение в виде магнитоэлектриков – материалов в которых магнитная и электрическая подсистемы сосуществуют и взаимосвязаны.

В октябре этого года появилось сообщение о наблюдении магнитной доменной структуры, наведенной электрическим полем, в материале на основе феррита висмута. Феррит висмута BiFeO₃ хорошо знаком ученым, занимающихся магнитоэлектрическими явлениями, как один из немногих материалов, сохраняющих свои магнитоэлектрические свойства при комнатной температуре. Однако магнитные моменты подрешеток в этом антиферромагнетике практически полностью уравновешивают друг друга, и нужны специальные ухищрения для визуализации магнитоэлектрических эффектов. Вот почему непосредственно наблюдать изменение магнитной доменной структуры под действием электрического поля при комнатных температурах до настоящего времени удавалось лишь в одном материале – пленках феррит-гранатов.

Теперь это стало возможным в пленках феррита висмута (толщина 200 нм) с добавлением диспрозия Bi_0.7Dy_0.3FeO₃. В отличие от чистого феррита висмута, в Bi_0.7Dy_0.3FeO₃ наблюдается отчетливая магнитная структура (рис. 1) и, что самое интересное, эта структура слушается электрического поля. При подаче напряжении 10 В между поверхностью пленки и ее подложкой магнитные домены вытягиваются в полосы (рис. 1б). Как полагают исследователи, это происходит вследствие механических деформаций, вызываемых электрическим полем в пленке (за счет пьезоэффекта), которые, в свою очередь, посредством магнитострикции изменяют магнитную анизотропию, приводя к перестройке магнитной структуры. Знак электрического напряжения не влияет на результат, что отличает данный эффект от аналогичного, наблюдаемого в пленках ферритов-гранатов, в которых смещение доменных границ меняется на противоположное при переключении полярности. Полосовые домены в феррите висмута сохраняются и после снятия напряжения (рис. 1в), и поскольку они видны в магнитный силовой микроскоп, то могут быть считаны также магнитной головкой жесткого диска, что свидетельствует о возможности реализации схемы электрическая запись/магнитное считывание.

Рис. 1. Магнитная доменная структура в Bi0.7Dy0.3FeO3: а - до приложения напряжения; б - при напряжении 10 В; в - после приложения напряжения.

Интересно, что в этом же материале продемонстрирован обратный эффект. Магнитное поле существенно влияет на сегнетоэлектрический гистерезис: если в отсутствие магнитного поля насыщение электрической поляризации достигается в поле 60 кВ/см, то при помещении образцов в магнитное поле 0.02 Тесла для достижения насыщения уже достаточно поля 30 кВ/см.

Источник информации - заметка А.Пятакова в бюллетене ПерсТ, выпуск 20 за 2008 г.