Современные электронные и электрические устройства содержат токопроводящие материалы, по которым электроны подаются туда, где они необходимы. Эти проводники должны быть зафиксированы и изолированы от других частей устройств для того, чтобы электрический ток тек по ним только в правильном направлении.
Однако, в скором времени на свет могут появиться электронные устройства совершенно нового типа, в которых, за счет использования некоторых уникальных свойств материалов, таких, как феррит висмута, будет течь необычный тип электрического тока, что, в свою очередь, позволит передавать электрические сигналы более быстро и эффективно через меньшие и более плотно упакованные электронные схемы.
Используя суперкомпьютер, расположенный в вычислительном центре High Performance Computing Center университета Арканзаса, исследователи произвели расчеты математической модели феррита висмута, прозрачного синтетического материала, относящегося к классу мультиферроиков (multiferroic).
Это означает, что в структуре этого материала имеются отдельные области, в которых молекулы имеют упорядоченный образ их электрической поляризации. Границы между такими областями называют стенами и их, эти стены, можно рассматривать как двухмерные объекты из-за малой толщины, которая исчисляется десятыми долями нанометра.
В моделируемом материале исследователи создали электрический ток, называемый током смещения, путем приложения к материалу высокочастотного электрического поля. В отличие от традиционного электрического тока, который представляет собой движение потока электронов, ток смещения является следствием вибрации ионов, которая возникает под воздействием электрического поля.
Ток смещения является переменным электрическим током и он беспрепятственно проходит через стены областей в феррите висмута. А по величине токи смещения сопоставимы с постоянными электрическими токами, используемыми в обычных электронных устройствах.
При помощи изменения конфигурации прикладываемых к материалу электрических полей, исследователи могут создавать ограниченные стенами области в феррите висмута, находящиеся в строго заданном месте.
Цепочки таких областей могут формировать проводники и электронные компоненты, по которым беспрепятственно могут циркулировать токи смещения. И, естественно, что кристаллы или пленки феррита висмута могут стать основой нового типа электронных устройств, позволяющих динамически менять их электронную схему и функциональные возможности.
Компактная природа и используемые физические эффекты позволят новым электронным устройства стать очень маленькими и очень быстрыми. “Материалы, такие, как феррит висмута, открывают дорогу для разработки наноразмерных, эффективных и быстрых электронных схем, которые могут стать основой электронных устройств следующих поколений” – пишут исследователи.