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东京工业大学的研究人员利用多铁材料，特别是BFCO纳米点，在存储技术方面取得了重大进展。这些材料可以使用电场进行更节能的数据写入，并通过磁场进行非破坏性读取。来源:SciTechDaily.com

东京工业大学的研究人员已经开发出BFCO纳米点，用于高效无损的存储技术，有望在低功耗磁存储设备方面取得进展。

传统的存储设备是易失性的，而目前的非易失性存储设备依赖于铁磁或铁电材料来存储数据。在铁磁器件中，数据是通过磁矩对齐来写入或存储的，而在铁电器件中，数据的存储依赖于电偶极子的对齐。然而，产生和操纵磁场是能源密集型的，并且在铁电存储器器件中，读取数据会破坏极化状态，需要重新写入存储单元。

多铁性材料研究进展

多铁性材料包含铁电序和铁磁序，为更高效和通用的存储技术提供了一个有前途的解决方案。钴取代BiFeO3 (BiFe0.9Co0.1O3, BFCO)是一种多铁性材料，表现出强磁电耦合，这意味着电极化的变化会影响磁化。因此，可以使用电场来写入数据，这比产生磁场更节能;使用磁场来读取数据，避免了破坏性的读出过程。

由日本东京工业大学Azuma教授和Kei Shigematsu助理教授领导的研究小组成功开发出具有单铁电和铁磁畴的纳米点，这是多铁存储器件的一个重要里程碑。

BFCO 60纳米纳米点具有单畴结构，有望用于高密度低功耗非易失性磁存储器件。图片来源:东京工业大学

合作研究工作

在东京工业大学创新研究所的“住友化学下一代环保设备合作研究集群”中，基于强相关电子系统原理，多铁材料在磁性和电学性能之间表现出相互关联的响应。该中心旨在为下一代低功耗非易失性磁存储设备开发材料和工艺，并进行可靠性评估和社会实施。”Azuma说。

方法及调查结果

在他们于2024年4月9日发表在《ACS应用材料与界面》杂志上的研究中，研究人员利用脉冲激光沉积将多铁性BFCO沉积在导电Nb:SrTiO3(001)衬底上。他们通过使用孔径可调节的阳极氧化铝(AAO)掩膜来控制沉积过程，得到了直径为60 nm和190 nm的纳米点。

BFCO是低功耗、非易失性磁存储器件的一个很有前途的选择，因为它的磁化方向可以与电场相反。利用压响应力显微镜和磁力显微镜分别观察纳米点的极化方向和磁化方向，发现纳米点具有相关的铁电畴和铁磁畴结构。

区域结构观测

有趣的是，当比较不同尺寸的纳米点时，他们发现了显著的差异。使用草酸AAO掩膜制备的较小的60 nm纳米点显示出单一的铁电和铁磁畴，其中极化和磁化方向均匀。然而，使用丙二酸AAO掩膜形成的更大的190 nm纳米点具有多畴涡旋铁电和磁性结构，表明强磁电耦合。

“这种铁电性和铁磁性的单畴结构将是研究BFCO作为电场写入磁读出存储设备的理想平台，而多畴结构为基础研究提供了一个游乐场，”Shigematsu评论道。

非易失性磁存储设备对各种电子应用至关重要，因为它们即使在电源关闭时也能保留存储的信息。凭借其独特的单铁磁畴和铁电畴组成，BFCO 60纳米纳米点在创建磁性存储器件方面显示出巨大的潜力，这种器件在写入和读取操作时需要最少的电力。

参考文献:“单或涡旋铁电和铁磁畴纳米点阵列的磁电BiFe0.9Co0.1O3”，由Keita Ozawa, Yasuhito Nagase, Marin Katsumata, Kei Shigematsu和Masaki Azuma, 2024年4月9日，ACS应用材料与界面。DOI: 10.1021 / acsami.4c01232