Учёные из Национальной лаборатории Брукхэвен (Brookhaven National Laboratory) провели серию экспериментов, которая помогла учёным понять, каким образом некоторые материалы могут менять своё электросопротивление на несколько порядков под действием внешних магнитных и электрических полей (появление колоссального магнитного сопротивления — КМС).
Небольшое изменение сопротивления (до 5 процентов от начального) под действием внешних полей может происходить во многих материалах. Однако в 1993 году было открыто явление КМС, и до сих пор ни одна физическая теория не может объяснить его. В то же время понимание происходящих при КМС процессов поможет учёным в создании новых технологий хранения данных с большей плотностью и меньшим потреблением энергии, чем в современных носителях.
Команда учёных под руководством Имэй Чжу (Yimei Zhu) исследовала кристаллический образец манганита с перовскитной структурой при помощи различных методов электронной микроскопии.
Учёные придумали необычный эксперимент: сканирующий туннельный микроскоп встроили в электронный микроскоп и, таким образом, воздействуя на образец, сразу получили картину его отклика на атомном уровне.
С помощью такого необычного метода (подробнее о нём – в пресс-релизе лаборатории) физики впервые получили прямое подтверждение того, что небольшие электрические импульсы, подведённые к наконечнику туннельного микроскопа, искажают кристаллическую решётку вещества. Кроме того, это искажение сопровождается движением квазичастиц поляронов (они представляют собой движущиеся совместно электроны и фононы – упругие колебания решётки).
Если представить, что поляроны составляют некий материал (квазивещество), получается, что группа Чжу наблюдала его плавление, сходное с переходом из твёрдого в жидкое состояние. Видимо, именно этот процесс является ключевым в эффекте КМС.
Также учёные смогли изучить поведение поляронов, в частности, то, как электрическое поле, ток и температура влияют на процесс перехода.
Как мы уже упомянули, эффект колоссального магнитосопротивления позволит уменьшить размеры электрических схем, а также — снизить потребление ими энергии. Таким образом, данная работа окажет влияние на развитие различных компьютерных технологий и на применение материалов с эффектом КМС в электронных и спинтронных устройствах. В частности, для создания компьютерной памяти, данные в которой будут сохраняться даже при выключении питания (например, RRAM — resistive random access memory).
Данная работа выполнена в сотрудничестве с Кристианом Йоосом (Christian Jooß) из Института физики материалов (Institut für Materialphysik) и учёными из университета Гёттингена (Georg-August-Universität Göttingen).
Статья, посвящённая новому открытию, опубликована в «Слушаниях национальной академии наук США» (Proceedings of the National Academy of Sciences).
Читайте также о первой массовой микросхеме с магнитной памятью и узнайте о том, как магнитное поле в сверхпроводнике показало невиданные свойства.
