大多数磁性材料的结构比商业上可用的家用磁铁要复杂一些:它们不仅有北极和南极，而且有许多扇区，通常只有几纳米大小，每个扇区的磁轴指向不同的方向。这些扇区称为域。在过去的几年中，苏黎世联邦理工学院多功能铁质系教授Manfred Fiebig一直在研究某些材料中相邻畴间的壁。菲比格说:“一种材料的内部工作原理及其领域是我们感兴趣的一个领域。”“然而，在这些领域的边界也发生了有趣的事情。”
在这项工作中，Fiebig致力于研究一类非常特殊的材料:氧化物——特别是那些具有多铁性质的材料。这些晶体材料是磁有序(即有地磁北极和南极),但同时也表现出电子订单(也就是说,材料中的电荷分布除了磁极,也有积极和消极的电气两极)。
“在多铁质材料中，磁性和电性有序是相互发生的，这意味着交叉耦合也是可能的;例如，磁场状态可以通过电压来改变，”Fiebig解释道。这些特性使这种材料具有许多有趣的应用，也是科学界对其进行如此深入研究的主要原因。
小电容
Fiebig和他的同事们密切研究了某些多铁质的畴边界，最近发表了两篇相关的文章。在这里，科学家们展示了畴壁的导电性不同于材料的整体导电性。在一种材料中，他们发现畴壁抑制了电流的流动。“一种在导电环境中具有非导电壁的材料可能在电子领域非常有用，”Fiebig说。例如，有可能制造出一种电子元件，在这种元件中，纳米级的域充当微小的电容器，可以单独充电。
“这可以用来创造一种新的基于电荷的存储介质，”Fiebig说。他补充说，只需一个电压脉冲就可以改变一个区域的电荷;不需要电流。这种类型的存储介质将比目前可用的更节能。此外，由于数据存储不会产生任何余热，因此可以建立更小的存储介质。
该论文由Fiebig研究小组的科学家、ETH教授Nicola Spaldin领导的小组的科学家以及萨拉戈萨大学的科学家共同撰写。斯帕尔丁和她的同事们对为什么锰锶畴壁不导电做出了理论解释。Fiebig解释说，由于晶体材料从来没有完美的结构，单个氧原子会在氧化物晶格的某些点上缺失。科学家们现在已经能够证明，这些“氧空位”会优先聚集在畴边界，在那里它们会阻碍电流的流动。
人工改变电导率
在对另一种多铁质材料——铽锰的研究中，Fiebig团队的科学家与日本的同事一起研究表明，在特定条件下，电场也可以改变畴边界。“这是传统半导体材料的一个优势，传统半导体材料具有成熟的固定结构，”Fiebig说。此外，研究人员还发现了可以在不改变畴界位置的情况下改变畴界的磁化率和电导率的条件。
这些研究的先决条件是一种使域及其边界可见的技术。目前，这只有通过一种称为二次谐波产生的特殊光学方法才能实现，即用一种特定颜色的强烈脉冲激光束照射材料。作为回应，这种材料发出不同颜色的光，科学家可以从中获得关于这种材料的磁性和电结构的信息。在过去的几年里，Fiebig一直是这种研究材料内部顺序的光学方法发展背后的驱动力。
新的技术可能性
现在不仅可以看到多铁质畴壁，而且可以有选择地改变它们或改变它们的电导，这一事实为新的技术可能性铺平了道路。尽管Fiebig明确表示，具体的应用还有很长的路要走，但这些发现未来可能不仅用于数据存储，还可以用于传感器或复杂的电子元件。“如果你能改变一种材料的电导，你就有了一个开关——在我们的案例中，你可以在不移动任何机械设备的情况下控制这个开关，因此它不受材料疲劳的影响，”Fiebig说，他现在已经在考虑下一步的发展。此时，磁场状态可以通过电场改变。他说，在未来，有可能不用电场，通过使用强光脉冲，不仅可以使内部结构可见，还可以同时改变它，从而在光学上完全切换状态。
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