مهندسان دانشگاه رایس در آمریکا مادهای جدید ساختهاند که میتواند همزمان خواص الکتریکی و مغناطیسی داشته باشد (چنین مادهای در علم مواد «چندفروئیک» نامیده میشود). این ماده در مقایسه با نمونههای استاندارد، دارای ۱۰ برابر مغناطش بیشتر و ۱۰۰ برابر کوپلینگ مگنتوالکتریک بالاتر است که قابلیت کنترل را افزایش میدهد. این ویژگی میتواند در آینده برای توسعه حافظهها و مدارهای منطقی کممصرف و در کل حوزه رایانش کمانرژی کاربرد داشته باشد.
پژوهشگران پیش از این از ماده چندفروئیکی با نام Bismuth Ferrite استفاده میکردند که در زمینه مغناطیس عملکرد ضعیفی داشت، زیرا گشتاورهای اتمی آن یکدیگر را خنثی میکردند. یکی از چالشهای اصلی محققان نیز پیدا کردن مادهای بود که هم در دمای اتاق این خواص را حفظ کند و هم از نظر مغناطیسی عملکرد مناسبی داشته باشد.
ساخت ماده جدید با مغناطش کلی بیشتر
اکنون پژوهشگران دانشگاه رایس برای حل این مشکلات، یک جزء غیرمغناطیسی به نام Barium Titanate را به این ماده اضافه کردهاند. این تغییر علاوه بر حفظ خواص الکتریکی ماده اصلی، باعث افزایش مغناطش کلی آن شده است.
این فرایند شامل ترکیب دو ماده با یکدیگر برای مهندسی دقیق کُرنِش (یا Strain بهمعنای تغییر شکل نسبی یک ماده در پاسخ به تنش اعمال شده) میشود. سپس این ترکیب بهصورت یک نوار نازک روی یک بستر رشد داده میشود. پژوهشگران بیش از 6 ماه مشغول ساخت و آزمایش نمونهها بودهاند.
«لین مارتین»، دانشمند مواد در دانشگاه رایس، در بیانیهای مطبوعاتی گفت:
«هیچکس پیش از این هر دو اهرم، یعنی کرنش و شیمی، را همزمان تنظیم نکرده بود. ما توانستیم دو سامانه مادهای متفاوت را در یک ماده جدید با ساختاری جدید و ترکیبی تازه از خواص ترکیب کنیم.»
چندفروئیکها موادی با چندین پارامتر نظم (یا Order Parameter، کمیتی فیزیکی برای توصیف گذار فاز) هستند و بیش از دو دهه است که مورد مطالعه قرار گرفتهاند. این مواد بهدلیل کوپلینگی که در خواص مغناطیسی آنها مشاهده شده، امیدوارکننده هستند. این کوپلینگ به میدان الکتریکی اجازه میدهد مغناطش یک ماده مغناطیسی را تغییر دهد، یا میدان مغناطیسی بتواند قطبش یک ماده را تغییر دهد.
به همین دلیل، این دسته از مواد برای کاربردهایی مانند ذخیرهسازی داده، حافظههای جدید و انجام همزمان عملیات حافظه و منطق با مصرف انرژی کمتر مورد توجه قرار گرفتهاند.
نتیجه یافتههای محققان در ژورنال PNAS منتشر شده است.