Ученые Венского технологического университета (ВТУ) открыли магнитоэлектрический эффект в неожиданном материале — лангазите, представляющем собой кварц-подобный кристалл, состоящий из лантана, галлия, кремния и кислорода. Его формула: HoxLa3?xGa5SiO14. Лангазит был синтезирован в 1980-х годах и с тех пор активно изучается. Открытие может помочь найти новый перспективный способ хранения данных в твердых телах.

Магнетизм и электричество взаимосвязаны. Любое изменение электрического поля образует магнитное. Изменения магнитного поля создает электрическое. Эффект взаимовлияния заметен в материалах: магнитные поля способны менять электрические свойства некоторых кристаллов и наоборот.

Магнитоэлектрический эффект, обнаруженный учеными ВТУ, удивителен тем, что раньше никто не предполагал его существования у лангазита. Теоретически его кристаллическая симметричная структура подобных свойств не допускает. Поскольку для образования магнитоэлектрических свойств кристалл должен быть внутри ассиметричным.

^{Кристаллическая структура и магнетизм лангазита. Фото: Nature.com}
По словам автора работы, специалиста по физике твердого тела Андрея Пименова, при увеличении силы магнитного поля атомы гольмия меняют квантовое состояние и приобретают магнитный момент. Это нарушает внутреннюю симметрию кристалла. Причем геометрически кристалл остается прежним, но магнитный момент сдвигает его симметрию. В итоге электрическая поляризация лангазита меняется под воздействием магнитного поля. Влияние происходит практически линейно.

Нелинейно связана направленность магнитного поля с поляризацией: несущественное изменение направленности кардинально влияет на поляризацию. Пименов называет это новой формой магнитоэлектрического эффекта.

^{Фото: Unsplash}
Дальнейший шаг в исследовании: с помощью электрического поля изменить уже магнитные свойства. Теоретически это возможно. Успешные результаты испытания могут привести к трансформации способов хранения данных в твердых телах.

Пименов рассказывает, что сейчас в жестких дисках работают магнитные поля, образующиеся за счет магнитных катушек. Процесс генерации поля требует много времени и энергии. Прорывом может стать обнаружение быстрого способа переключения магнитных свойств диска под воздействием электрического поля.

По мнению авторов работы, новый способ хранения данных может снизить энергопотребление магнитной памяти и устройств обработки данных.

Результаты исследования опубликованы в журнале Npj Quantum Materials.