我校信息學(xué)院吳濤教授與弗吉利亞理工大學(xué)John Domann教授、臺(tái)灣交通大學(xué)Tien-Kan Chung教授及加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的Gregory Carman教授受邀，合作撰寫(xiě)了應(yīng)變介導(dǎo)磁電耦合效應(yīng)方面的綜述文章。近日，該綜述以“Strain-mediated magnetoelectric storage, transmission, and processing: Putting the squeeze on data”為題，在國(guó)際知名期刊《MRSBULLETIN》上發(fā)表。

磁電效應(yīng)是一個(gè)具有廣闊應(yīng)用前景的研究領(lǐng)域。早在1961年，研究人員就在氧化鉻中發(fā)現(xiàn)了磁電效應(yīng)。然而單一材料的磁電效應(yīng)即便在低溫下也只能展現(xiàn)較小的磁電耦合，大大限制了該技術(shù)的應(yīng)用。直到2001年，國(guó)外研究人員研制出一種由壓電和壓磁材料組成的復(fù)合疊層結(jié)構(gòu)，該器件在室溫下展示出了較高的磁電耦合。這種方式被稱(chēng)為“應(yīng)變介導(dǎo)磁電耦合”。后續(xù)研究則利用這種機(jī)制更顯著地提高了磁電耦合。應(yīng)變介導(dǎo)磁電耦合可以通過(guò)施加電壓來(lái)控制微磁場(chǎng)，而疊層的復(fù)合磁電耦合又大大提高了磁電耦合。目前，應(yīng)變介導(dǎo)磁電耦合已成為控制微磁場(chǎng)最有效的方式，在信息存儲(chǔ)、傳輸和處理方面有著巨大的應(yīng)用潛力。

此外，吳濤教授與合作者發(fā)表的綜述圍繞應(yīng)變介導(dǎo)磁電耦合這一主題，首先回顧了最初在較大尺寸器件上的研究，以及后續(xù)對(duì)磁性薄膜、微小尺寸異質(zhì)結(jié)和單疇的控制實(shí)驗(yàn)，著重討論了該技術(shù)在尺寸、速度和能耗方面的優(yōu)勢(shì)；繼而闡述了該技術(shù)在信息存儲(chǔ)、傳輸和處理方面的應(yīng)用，舉例介紹了儲(chǔ)存器、天線(xiàn)和邏輯單元三種器件；最后，展望了應(yīng)變介導(dǎo)磁電耦合未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)及結(jié)合反鐵磁性材料的應(yīng)用可能。

綜述還介紹了對(duì)磁疇在各種激勵(lì)下變化過(guò)程的建模。其中對(duì)于薄膜模型，磁彈性能主要取決于雙軸應(yīng)變，而在011切向的PMN-PT中發(fā)現(xiàn)了巨大的各向異性滯后，并且可以產(chǎn)生較大的雙軸應(yīng)力。這意味著只需要兩個(gè)電極就可以在較大的面積上施加均勻的雙軸應(yīng)力，同時(shí)具有穩(wěn)定的兩個(gè)狀態(tài)、很高的轉(zhuǎn)換速度和極低的能耗。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)可以轉(zhuǎn)化為重要的設(shè)備指標(biāo)，如：能源效率、非波動(dòng)性、更小的尺寸和更快的速度。如果在存儲(chǔ)中，磁電耦合使得納秒級(jí)的切換時(shí)間成為可能，并因其極低的能耗，大范圍使用將可大幅度減少全球在存儲(chǔ)上的能耗。

應(yīng)變介導(dǎo)磁電耦合技術(shù)在過(guò)去的17年中飛速發(fā)展，研究展現(xiàn)了磁電耦合如何為數(shù)據(jù)操作任務(wù)提供了顯著的能效改進(jìn)，同時(shí)比傳統(tǒng)技術(shù)更快、更小。該技術(shù)展現(xiàn)了一種嶄新的存儲(chǔ)、傳輸和處理信息的范式轉(zhuǎn)換的途徑。

該綜述涵蓋了吳濤教授與合作者在該方向上的重要工作與研究成果。吳濤教授為第二作者，上?？萍即髮W(xué)為第二完成單位。該項(xiàng)研究得到了上海市浦江人才計(jì)劃和上?？萍即髮W(xué)科研啟動(dòng)基金的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1557/mrs.2018.260

吳濤教授課題組上科大微系統(tǒng)與先進(jìn)傳感器實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站：http://small.shanghaitech.edu.cn/

圖1.通過(guò)施加電壓對(duì)磁性薄膜、微納尺度橢圓和圓環(huán)結(jié)構(gòu)的磁疇控制

圖2. (a-e)薄膜橢圓中多種能量的影響（f-g）利用特定切向的PMN-PT實(shí)現(xiàn)的磁疇控制（h）利用兩組電極實(shí)現(xiàn)雙軸應(yīng)力