Dat elektriciteit en magnetisme nauw met elkaar samenhangen, is al lange tijd bekend. Maar in de materiaalwetenschap heeft men magnetische en elektrische effecten lange tijd gescheiden van elkaar onderzocht. Magnetische materiaaleigenschappen beïnvloedt men normaal gesproken met magnetische velden, elektrische eigenschappen met een elektrische spanning. Een speciale klasse van materialen, de zogeheten multiferroïca, combineert beide.
Het is onderzoekers aan de Technische Universität Wien gelukt om magnetische trillingen van bepaalde ijzerhoudende materialen te controleren met behulp van elektrische velden. Dit opent veelbelovende mogelijkheden voor de computertechniek waar data in de vorm van elektrische signalen worden overgedragen maar magnetisch opgeslagen.
Magnetisme en elektriciteit
In de vastestof fysica heeft men vaak te maken met materiaaleigenschappen die zijn te beïnvloeden door magnetische of elektrische velden. Maar normaal gesproken kan men magnetische en elektrische effecten gescheiden van elkaar onderzoeken omdat ze heel verschillende oorzaken hebben. Magnetische effecten ontstaan doordat deeltjes een inwendige magnetische richting kennen, de zogeheten spin. Elektrische effecten daarentegen hebben te maken met positieve en negatieve ladingen in het materiaal die ruimtelijk ten opzichte van elkaar kunnen worden verschoven.
Bij materialen met bepaalde ruimtelijke symmetrieën kan men beide effecten aan elkaar koppelen, blijkt uit onderzoek van het Institut für Festkörperphysik van de TU in Wenen. Het instituut doet al enkele jaren onderzoek aan zulke speciale mterialen, de zogeheten multiferroïca.
Wereldwijd gelden deze materialen als een veelbelovend nieuw onderzoeksterrein in de vastestof fysica. Er zijn al interessante experimenten uitgevoerd naar de koppeling van magnetische en elektrische effecten. Maar het lukte de Oostenrijkers als eersten om hoogfrequente magnetische trillingen in een materiaal uit ijzer, boor en zeldzame aardemetalen met elektrische velden te beheersen.
Het materiaal bevat drievoudig positief geladen ijzeratomen. Ze hebben een magnetisch moment dat trilt met een frequentie van 300 GHz. Dat men zulke trillingen kan sturen met een magnetisch veld zou duidelijk zijn. De onderzoekers in Wenen konden echter aantonen, dat de trillingen door een elektrisch veld ook doelgericht konden worden gevarieerd. Een dynamisch magnetisch effect – een magnetische trillingstoestand van ijzeratomen – kan dus door een statisch elektrisch veld worden in- of uitgeschakeld.
Magnetisch opslaan, elektrisch schrijven
Deze ontdekking is bijzonder interessant voor toekomstige elektronica. Harde schijven slaan data magnetisch op. Het is echter moeilijk om data magnetisch snel en nauwkeurig te schrijven. Nauwkeurig een elektrisch veld aanlegen is veel eenvoudiger. Daarvoor is een eenvoudige spanningspuls voldoende; deze gaat zeer snel en zonder noemenswaardige energieverliezen. Met materialen die magnetische en elektrische effecten koppelen, kunnen de voordelen van magnetische opslag en elektrisch schrijven mogelijk met elkaar worden gecombineerd.
