Ученые Венского технологического университета (ВТУ) открыли магнитоэлектрический эффект в неожиданном материале — лангазите, представляющем собой кварц-подобный кристалл, состоящий из лантана, галлия, кремния и кислорода. Его формула: HoxLa3−xGa5SiO14. Лангазит был синтезирован в 1980-х годах и с тех пор активно изучается. Открытие может помочь найти новый перспективный способ хранения данных в твердых телах.
Магнетизм и электричество взаимосвязаны. Любое изменение электрического поля образует магнитное. Изменения магнитного поля создает электрическое. Эффект взаимовлияния заметен в материалах: магнитные поля способны менять электрические свойства некоторых кристаллов и наоборот.
Магнитоэлектрический эффект, обнаруженный учеными ВТУ, удивителен тем, что раньше никто не предполагал его существования у лангазита. Теоретически его кристаллическая симметричная структура подобных свойств не допускает. Поскольку для образования магнитоэлектрических свойств кристалл должен быть внутри ассиметричным.
По словам автора работы, специалиста по физике твердого тела Андрея Пименова, при увеличении силы магнитного поля атомы гольмия меняют квантовое состояние и приобретают магнитный момент. Это нарушает внутреннюю симметрию кристалла. Причем геометрически кристалл остается прежним, но магнитный момент сдвигает его симметрию. В итоге электрическая поляризация лангазита меняется под воздействием магнитного поля. Влияние происходит практически линейно.
Нелинейно связана направленность магнитного поля с поляризацией: несущественное изменение направленности кардинально влияет на поляризацию. Пименов называет это новой формой магнитоэлектрического эффекта.
Дальнейший шаг в исследовании: с помощью электрического поля изменить уже магнитные свойства. Теоретически это возможно. Успешные результаты испытания могут привести к трансформации способов хранения данных в твердых телах.
Пименов рассказывает, что сейчас в жестких дисках работают магнитные поля, образующиеся за счет магнитных катушек. Процесс генерации поля требует много времени и энергии. Прорывом может стать обнаружение быстрого способа переключения магнитных свойств диска под воздействием электрического поля.
По мнению авторов работы, новый способ хранения данных может снизить энергопотребление магнитной памяти и устройств обработки данных.
Результаты исследования опубликованы в журнале Npj Quantum Materials.
