Исследователи из Ливерпульского университета, Великобритания, продемонстрировали возможность модификации вещества таким образом, что оно начинает проявлять как магнитные свойства, так и электрическую поляризацию. Это достижение потенциально способно дать жизнь носителям информации, обладающим низким энергопотреблением при записи и позволяющим считывать информацию неразрушающим методом, с помощью магнитного сканирования.
Создание материала, который проявлял бы одновременно два свойства: намагничивание и электрическую поляризацию — представляет собой сложную задачу. Условия возникновения этих свойств, как правило, несовместимы: электрические свойства кристалла, а также химические связи, которые благоприятны для электрической поляризации, обычно неблагоприятны для намагничивания.
Физики упорно работают над совмещением этих свойств, причём при комнатной температуре, так как такое совмещение свойств откроет дорогу для создания устройств хранения информации со сверхмалым потреблением энергии. Запись данных в таких устройствах осуществляется не прохождением электрического заряда, а изменением напряжения. Определённые успехи учёных в этой области связаны с ферритом висмута. Недавно было продемонстрировано, что это вещество обладает и постоянным локальным магнитным полем, и электрической поляризацией, которая может быть изменена путём приложения электрического поля.
Однако группа из Ливерпульского университета во главе с профессором Мэтью Россеински (Matthew Rosseinsky) использовала другой материал — перовскит. Перовскиты являются классом кристаллов, которые стремительно стали популярными, особенно в области фотоэлектричества из-за своей низкой стоимости, высокой мобильности носителей заряда и большой диффузионной длины. Благодаря этим особенностям структуры, электроны в солнечных элементах из перовскита могут перемещаться на бо́льшие расстояния. В результате солнечные батареи из перовскита поглощают больше света и имеют КПД выше, чем более тонкие элементы.
В своей работе учёные применили кристаллохимию для конструирования особых атомных замещений в слоистом перовските с целью придать ему свойства, которыми он изначально не обладает. Используя как моделирование, так и практические эксперименты, учёные на атомарном уровне изменили симметрию кристалла и добились появления в веществе при температуре выше комнатной сразу трёх свойств: поляризации, намагниченности и магнитоэлектрического эффекта. При этом изначально материал не обладал ни одним из них.
Магнитоэлектрически связанные намагниченность и поляризация были продемонстрированы путём измерения линейного магнитоэлектрического коэффициента — ключевой физической величины, определяющей возможность практического применения подобных материалов. Эта связность возникает из-за того, что оба свойства были вызваны одним и тем же набором атомных замещений.
Результаты работы в будущем могут вылиться в создание устройств хранения информации. Однако исследователи признают, что ряд проблем ещё предстоит преодолеть. Пока не решена задача переключения поляризации, кроме того, необходимо улучшить электроизоляционные свойства материала.
