美國 Rice University 的工程師開發出一種新型室溫多鐵性材料，相較標準品種，其磁化強度提升 10 倍，磁電耦合效應則增加 100 倍。此項研究有望為未來低能耗運算鋪路。現代運算仰賴矽基材料，透過控制電子流動來儲存資訊。雖然過去成效顯著，但隨著資料儲存需求激增，該材料正逼近效率極限。運算速度急速提升，導致能源消耗急劇上升，甚至可能佔全球發電量三分之一，長遠而言難以持續。
這促使研究人員重新思考，利用電子其他屬性作為新型運算基礎。
多鐵性材料的磁電耦合優勢
多鐵性材料擁有多个有序參數，已研究逾 20 年。其潛力在於磁性屬性間的耦合效應，即磁電效應。此效應可讓電場改變磁性材料的磁化強度，或磁場改變材料的極化狀態。由於切換這些參數更為簡易，該材料可用於記憶體及邏輯運作，同時大幅降低能耗。若有需要，這兩功能還可合而為一。然而，挑戰在於尋找能在室溫下同時具備鐵電及磁性的材料。 以往研究曾採用室溫多鐵性材料 Bismuth ferrite，但其磁性較弱，因原子磁矩相互抵消。
Rice University 研究團隊加入非磁性成分 barium titanate 後，觀察到整體磁化強度顯著提升，同時保留電性質。團隊包括博士後研究員 Tae Yeon Kim 及材料科學與工程學教授 Lane Martin。他們對磁化強度大幅躍升感到驚訝。合成過程涉及將 Bismuth ferrite 與 barium titanate 混合，精準控制應變，然後在基板上生長薄膜，以扭曲晶體結構。
研究人員花費逾 6 個月製作及測試樣本，並邀請其他團隊成員獨立重現，以確保可重複性。 「從未有人同時調校應變及化學成分兩個參數，」Rice University 材料科學家 Lane Martin 在新聞稿中表示。「我們成功將兩種不同材料系統結合，創造出新型結構及全新屬性組合。」研究人員不僅發掘適用於低能耗運算的新材料，還透過化學與應變結合，推進多鐵性材料科學，產生意想不到的屬性。
出乎意料的是，加入非磁性原子竟令材料更具磁性。研究結果刊載於 PNAS 期刊。 | 材料屬性比較 | 標準多鐵性材料 | 新型室溫多鐵性材料 | |————–|—————-|———————-| | 磁化強度 | 基準值 | 提升 10 倍 | | 磁電耦合效應| 基準值 | 提升 100 倍 |
