Strona główna Aktualności
Przyroda

Odkryto, że krewny azotku galu może być piezoelektrykiem

02.11.2016 Przyroda

Źródło: Instytut Fizyki PAN

Związek, który jest krewniakiem azotku galu - (Ga,Mn)N, wykazuje ciekawe właściwości - może być piezoelektrykiem - pokazali fizycy z Polski. Taki materiał to krok w stronę np. zapisu informacji w pamięciach magnetycznych bez użycia ruchomej głowicy.

Kryształy związków półprzewodnikowych z rodziny azotku galu szturmem podbijają przemysł oświetleniowy stanowiąc kluczowy element źródła światła w LED-ach czy w wyświetlaczach monitorów. Azotek galu (GaN) jest także dominującym półprzewodnikiem w takich dziedzinach jak elektronika wysokich mocy (przekaźniki bezstykowe) czy telekomunikacja bardzo wysokich częstotliwości. Obecnie materiał ten stał się drugim pod względem znaczenia gospodarczego półprzewodnikiem po krzemie.

 

Między innymi dlatego od kilkunastu lat trwają poszukiwania magnetycznej wersji GaN, która umożliwiłaby technologiczne ujednolicenie elementów odpowiedzialnych za przesyłanie, magazynowanie i przetwarzanie informacji – prowadząc do dalszego zwiększenia efektywności, miniaturyzacji i kolejnej, znaczącej redukcji kosztów takich urządzeń.

 

Jednak osiągnięcie samych właściwości magnetycznych to za mało. Ważne jest jeszcze znalezienie metody efektywnego sterowania kierunkiem namagnesowania takiego materiału. Np. zawartość komórki pamięci magnetycznej musi być jednoznacznie określona przez kierunek jej namagnesowania (umownie: „góra” – „dół” = „1” – „0”).

 

W tym celu naukowcy sięgnęli do pewnej ważnej cechy tego materiału – zmiany rozmiarów kryształu po przyłożeniu zewnętrznego napięcia elektrycznego (np. z baterii). Efekt jest odwracalny - po odłączeniu baterii kryształ powraca do wyjściowych rozmiarów. Zjawiska tego rodzaju nazywamy piezoelektrycznością i od dziesiątków lat jest ono wykorzystywane w wielu dziedzinach życia, np. do wytwarzania iskry w zapalniczkach. Można je także wykorzystać do sterowania kierunkiem namagnesowania w sztucznie wytworzonych układach hybrydowych zbudowanych z elementu piezoelektrycznego odkształcającego mechanicznie połączony z nim materiał magnetyczny lub w sztucznie tworzonych nanometrowych układach kompozytowych. Oczekuje się, że takie zachowanie może stać się podstawą nowej metody zapisu informacji w pamięciach magnetycznych bez użycia ruchomej głowicy.

 

Pracownicy Instytutu Fizyki PAN w zespole pod kierunkiem prof. Tomasza Dietla odkryli, że opisane powyżej zjawisko piezo-elektromagnetyczne może istnieć nie tylko w strukturach hybrydowych, ale także w układach jednorodnych. Układem takim jest związek pokrewny azotku galu - (Ga,Mn)N. Powstaje on, kiedy w jego sieci krystalicznej GaN pewną część atomów galu zastąpi się atomami manganu. Mangan pełni rolę czynnika magnetycznego w tym związku, a odpowiedniej jakości jednorodne warstwy krystaliczne (Ga,Mn)N zostały na potrzeby tych badań przygotowane w zespole profesor Alberty Bonanni z Uniwersytetu im. Jana Keplera w Linzu.

 

W pierwszej kolejności wykazano, że materiał ten posiada bardzo dobre właściwości izolacyjne. Umożliwiło to przyłożenie wysokiego pola elektrycznego i wykorzystanie piezoelektrycznych właściwości tego materiału – poprzez indukowane zmiany wydłużenia (Ga,Mn)N (tzw. odwrotne zjawisko piezoelektryczne), deformowano najbliższe otoczenie krystaliczne atomów Mn, co zmieniało preferowany przez nie kierunek namagnesowania (fizycy nazywają to anizotropią magnetyczną), a przez to całego materiału.

 

Na obecnym etapie badań efekt ten jest niewielki i występuje tylko w bardzo niskich temperaturach osiąganych wyłącznie w warunkach laboratoryjnych. Tak czy inaczej jest to pierwsza tak dokładnie przebadana i opisana obserwacja istnienia bezpośredniego sprzężenia piezo-elektromagnetycznego w jednym materiale.

 

Na uwagę zasługuje fakt, że efekt ten jest całkowicie powtarzalny oraz odwracalny. A dodatkowo nie zależy on od rozmiarów układu – w szczególności będzie występował w strukturach nanometrowych, a więc gwarantujących najwyższe gęstości upakowania. Ze względu na wymaganą wysoką czułość, badania doświadczalne, wykonywane w Instytucie Fizyki pod kierunkiem prof. Macieja Sawickiego, wymagały modyfikacji standardowej metody pomiaru namagnesowania poprzez wykorzystanie techniki modulacyjnej, tj. poszukiwano zmian namagnesowania zachodzących w takt przykładanego pola elektrycznego.

 

Wyniki badań zostały opublikowane w najnowszym numerze prestiżowego brytyjskiego czasopisma naukowego "Nature Communications" .

 

PAP - Nauka w Polsce

 

lt/ agt/

Podziel się
Ocena: 0 głosów

Logowanie



Nie pamiętam hasła

Rejestracja

Komentarze: 0
Skomentuj Zobacz wszystkie  

Uwaga Redakcje!

Wszelkie materiały PAP (w szczególności depesze, zdjęcia, grafiki, pliki video) zamieszczone w serwisie "Nauka w Polsce" chronione są przepisami ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych oraz ustawy z dnia 27 lipca 2001 r. o ochronie baz danych.

 

PAP S.A. zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - www.naukawpolsce.pap.pl. W przypadku portali społecznościowych prosimy o umieszczenie jedynie tytułu i leadu naszej depeszy z linkiem prowadzącym do treści artykułu na naszej stronie, podobnie jak to jest na naszym profilu facebookowym. 

 

Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów video.

 

Informacje tekstowe z kategorii "Świat" można pozyskać odpłatnie abonując Serwis Nauka i Zdrowie PAP. Serwis ten zawiera ponadto wiele innych najnowszych doniesień naukowych z zagranicy oraz materiałów dotyczących szeroko rozumianej problematyki zdrowotnej. 

 

Informacje na temat warunków umowy można uzyskać w Dziale Sprzedaży i Obsługi Klienta PAP, tel.: (+48 22) 509 22 25, e-mail:  pap@pap.pl

 

Informacje o przedruku artykułów z Serwisu Nauka w Polsce, prośby o patronaty medialne, informacje o prowadzonych badaniach, organizowanych konferencjach itd., prosimy przesyłać na adres: naukawpolsce@pap.pl

 

 

Najpopularniejsze materiały

więcej

Książka

Klasyka fizyki dla smyka i laika Klasyka fizyki dla smyka i laika

"Pan Tompkins" to książki, na których wychowały się już zastępy fizyków. Obecnie z jego przygodami mogą się zapoznać kolejne pokolenia. I choć autor - George Gamow - nie żyje od pół wieku, książka została uzupełniona o nowe wątki i tematy, podejmowane w fizyce w ostatnich latach.

Więcej

Myśl na dziś

Dobrze zrozumiana nauka chroni człowieka przed pychą, gdyż ukazuje mu jego granice.
Albert Schweitzer

Nasz blog

Przełamując efekt Matyldy Przełamując efekt Matyldy

Maria Skłodowska-Curie czy Katherine G. Johnson to kobiety nauki, które odniosły sukces, przełamały społeczną nieufność, zdobyły zasłużone laury, a ostatnio "upomniało się" o nie kino. Jednak tych, których wybitne dokonania naukowe długo pozostawały w cieniu i wciąż są mało znane jest wiele. Cecilia Payne-Gaposchkin, Jocelyn Bell Burnell czy Trottula, to tylko niektóre z nich.

Więcej

Tagi

-->