I dispositivi elettrici in uso oggi utilizzano materiali conduttivi per guidare gli elettroni dove sono necessari. Questi materiali devono essere fissati in posizione e isolati per mantenere l'elettricità sul percorso corretto. Una nuova ricerca dell'Università dell'Arkansas fa un passo significativo verso un nuovo tipo di dispositivo elettrico, che utilizzerebbero le proprietà naturali di materiali come la ferrite di bismuto, insieme a un diverso tipo di corrente, inviare elettricità rapidamente attraverso piccoli, circuiti più densi.

Sergey Prosandeev, professore di ricerca presso il Dipartimento di Fisica, ha lavorato con Yurong Yang, professore associato di ricerca; Carlo Paillard, borsista postdottorato; e Laurent Bellaiche, Illustre Professore. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista npj Materiali di calcolo .

Utilizzando l'Arkansas High Performance Computing Center, questi ricercatori hanno creato simulazioni di ferrite di bismuto, un sintetico, materiale cristallino. La ferrite di bismuto è "multiferroica, " il che significa che ha regioni, o domini, in cui le molecole che compongono la sua struttura cristallina mostrano un modello coerente di polarizzazione elettrica, magnetizzazione e spostamento di ioni carichi. I confini tra queste regioni sono chiamati muri di dominio. Queste pareti sono bidimensionali e molto strette:si misurano in decimi di nanometri.

Nella simulazione, i ricercatori hanno creato un tipo di corrente, chiamata corrente di spostamento, applicando un campo elettrico ad alta frequenza alla ferrite di bismuto. A differenza della corrente elettrica prodotta dal movimento degli elettroni, la corrente di spostamento risulta dalla vibrazione degli ioni in risposta a un campo elettrico. I ricercatori hanno scoperto che la corrente di spostamento, che è una corrente alternata, o CA, si muove naturalmente lungo le pareti del dominio nella ferrite di bismuto, e hanno anche scoperto che è paragonabile in grandezza alla corrente continua, o CC, attualmente utilizzato nei dispositivi elettrici.

I ricercatori possono creare domini e spostare pareti di domini in materiali multiferroici applicando selettivamente campi elettrici. Dimostrando che queste pareti possono essere utilizzate per trasmettere corrente di spostamento, questa ricerca è un passo significativo verso nuovi tipi di dispositivi elettrici.

I ricercatori hanno spiegato che la natura compatta di questi dispositivi consentirebbe loro di essere molto veloci e molto piccoli. "Questo apre la strada alla progettazione di circuiti elettronici veloci su nanoscala, " dicevano sul giornale.