Výzkumný tým Stanislava Kamby z Fyzikálního ústavu AV ČR se rozhodující měrou podílel na vývoji nového magnetického materiálu s překvapivě jednoduchou krystalovou strukturou kuchyňské soli. Protože magnetizace je v tomto materiálu silně závislá na elektrickém poli, šel by použít v magnetických pamětech, spintronických a magnonických součástkách, řízených elektrickým polem.
Magnetické paměti v počítačových pevných discích se dnes kontrolují pomocí magnetického pole generovaného ve čtecích hlavách. To je technicky náročné, disky jsou pomalé a náchylné na mechanické otřesy. Vše by bylo mnohem jednodušší, kdyby bylo možné vytvořit magnetické integrované obvody, kde by se magnetizace dala řídit elektrických polem.
Většina magnetů je ovšem necitlivá na elektrické pole, protože jsou kovové. Výjimkou jsou nevodivé multiferoické materiály, které vykazují zároveň magnetické a feroelektrické (tj. uspořádání elektrických dipólů) uspořádání, které jsou vzájemně silně vázané. „Příroda bohužel nemá takové vlastnosti moc ráda, a proto je takových materiálů poměrně málo. Navíc většina z nich vykazuje jen malou magnetoelektrickou vazbu a funguje jen při velmi nízkých teplotách,“ říká Stanislav Kamba z Fyzikálního ústav AV ČR.
Schématické zobrazení krystalové struktury (EuO)2/(BaO)2 supermřížky na (001) LSAT perovskitovém substrátu. a Zde jsou (EuO)2 vrstvy v tahovém napětí (deformace 6.4 %) a (BaO)2 vrstvy jsou pod kompresním napětím (deformace 1.6 %). Směry obou napětí jsou označeny šipkami. Eu, Ba a O atomy jsou označeny modře, zeleně a červeně. b Závislost frekvence Eu feroelektrického měkkého módu a spontánní feroelektrické polarizace Ps na tahovém napětí v EuO vrstvě (EuO)2/(BaO)2 supermřížky. V obrázku jsou schematicky zobrazeny i polární atomové kmity s Eu a A2u symetrií, které se studovali v infračervených spektrech.
Proto vědci hledají nové materiály či používají nové postupy pro jejich přípravu. „Naši belgičtí kolegové pod vedením prof. Bousquet teoreticky předpověděli, že mechanicky silně deformovaný EuO by se měl stát multiferoický, pokud se připraví ve formě natažené tenké vrstvy s deformací vyšší než 5.8 %. Taková extrémní deformace krystalové mřížky je silně nestabilní a snadno relaxuje v tloušťkách několika atomových vrstev. Tým profesora Schloma z Cornellovy univerzity (USA) nám připravil multivrstvy EuO/BaO (vrstvy BaO pomáhají udržet vysokou deformaci v EuO), kde se podařilo udržet mechanickou deformaci 6.4 % ve vrstvách tlustších než 35 nm. Našemu pražskému týmu se podařilo prokázat, že feromagnetická vrstva EuO vykazuje feroelektrický přechod, který v krystalu EuO neexistuje. Tento objev ukazuje, že extrémní mechanické napětí indukované v tenkých vrstvách se dá využít pro přípravu nových elektrickým polem laditelných magnetických materiálů použitelných ve spintronických součástkách,“ říká Stanislav Kamba z Fyzikálního ústav AV ČR.
|
V. Goian, R. Held, E. Bousquet, Y. Yuan, A. Melville, H. Zhou, V. Gopalan, P. Ghosez, N.A. Spaldin, D.G. Schlom, and S. Kamba, Making EuO multiferroic by epitaxial strain engineering, Communications Materials (2020) |