О связи между электрическим и магнитным полями знает любой школьник. О возможности повлиять на электрические свойства вещества (например, сопротивление) с помощью внешнего магнитного поля не так широко, но тоже известно (см. магнетосопротивление). А вот применение электрического поля для влияния на магнитные свойства материала – явление на сегодняшний день довольно экзотическое.

Тем не менее, электрическое поле, воздействуя на ферромагнетик, может индуцировать дополнительные заряды, изменяя намагниченность поверхности, а в магнитных полупроводниках электрическое поле может влиять на статистику носителей заряда, менять температуру Кюри и намагниченность насыщения.

Рис. 1. Схема полученной гетероструктуры, масштаб (и угол клина)не соблюдается.

Для проведения исследований приготовили довольно сложную гетероструктуру (Рис. 1). На поверхности стекла вырастили 50 нм палладия с помощью магнетронного распыления, затем тем же методом получили слой кобальта (как известно, ферромагнетика) переменной толщины. На его поверхности вырастили сегнетоэлектрический слой сополимера винилфторида и трифторэтилена при помощи его осаждения в виде пленки Ленгмюра-Блоджетт (технология осаждения из полярного раствора гидрофобных молекул – прим. переводчика). Завершалась гетероструктура алюминиевым электродом, полученным методом распыления.

После приложения напряжения между электродами клинообразный слой кобальта оказывается в однородном электрическом электрическом поле. Однородность поля обеспечивается сегнетоэлектрическим слоем полимера. После введения электричекого поля исследовалось изменение магнитных свойств кобальта. Намного меньшая жесткость полимера по сравнению с кобальтом позволяет пренебречь возможными механическими напряжениями в пленке кобальта и связывать изменение его магнитных свойств только с приложенным электрическим полем.

Рис. 2. Петля гистерезиса намагниченности при приложении магнитного поля вне плоскости пленки (сверху) и внутри нее (снизу) для разных спиновых состояний кобальта.

Приложение напряжения всего в 12 В между электродами оказывалось достаточным для переворота спинов кобальте, что в свою очередь меняет коэрцитивную силу как в плоскости подложки, так и вне ее (Рис. 2).

Это проявлялось при толщинах слоя кобальта более 9 Å.

По мере изменения толщины слоя кобальта меняется отношение остаточной намагниченности к намагниченности насыщения как для магнитного поля приложенного в плоскости подложки, так и для перпендикулярного ей (Рис. 3). Причем до переходной толщины (около 9 Å) оно меньше в плоскости, а далее – вне ее.

Рис. 3. Отношение остаточной намагниченности к намагниченности насыщения для магнитного поля, приложенного вне и в плоскости пленки, в зависимости от толщины слоя ферромагнетика.

Но это все в том случае, если приложено внешнее электрическое поле. Как только мы изменим его направление, все возвращается в исходное состояние: увеличивается коэрцитивная сила (Рис. 4) и остаточная намагниченность вне плоскости подложки. Таким образом, возможность гибко менять электрическое поле позволяет нам влиять на магнитные свойства участка кобальтовой пленки за счет переворота его спинов. Кто знает, возможно, этот принцип найдет свое применение в электронике будущего, например, в устройствах хранения информации.

Рис. 4. Зависимость коэрцитивной силы кобальта от приложенного между электродами напряжения. Практически повторяет петлю сегнетоэлектрического гистерезиса полимера.

Результаты исследований опубликованы в статье:

A. Mardana, Stephen Ducharme, and S. Adenwalla Ferroelectric Control of Magnetic Anisotropy. – Nano Lett. – Article ASAP; DOI: 10.1021/nl201965r.