電磁之間會產生交互作用，例如中學物理談到的電流磁效應（電流產生磁場），電磁感應（磁場改變產生電流）等等；而在特殊材料中，電與磁之間會有耦合（coupling）的現象，也就是說，該材料的電性會被磁場影響，磁性會被電場影響，產生所謂的磁電效應（magnetoelectric effect，ME）。
磁電效應在感測器與資料儲存技術佔有重要地位。近日，維也納技術學院（Technische Universität Wien）固態物理研究所研究一個特殊晶體的磁電效應，發現人類過去未知的磁電效應型態，若成功將該原理商用，有望優化資料儲存效能。
研究團隊將論文發表在《npj Quantum Materials》期刊上。
研究論文傳送門
研究團隊發現電極化強度與磁場的非線性關係
一個晶體的電性與磁性是否耦合，取決於內部的對稱性，若晶體高度對稱，例如一側的晶體結構是另一側的鏡像，它理論上就沒有磁電效應。
研究團隊研究一種由鑭、鎵、矽、氧、鈥原子所組成的晶體。該晶體有高度對稱性，根據理論，它不會有磁電效應。在弱磁場之下，電磁之間的確沒有耦合的現象；然而研究團隊發現，如果電場強度增加，鈥原子就會改變量子態並獲得磁矩，改變晶體內部的對稱性。雖然從幾何的角度來看，晶體還是對稱的；但如果將磁性列入考量，它就不是對稱的。
該研究顯示，晶體的電極化（electrical polarization）可藉由磁場改變。電極化是指晶體內部正負電荷位移的現象，這可由電場輕易產生，但根據磁電效應，磁場也能產生電極化的現象。參與實驗的 Andrei Pimenov 教授表示，根據實驗，電極化的強度與磁場強度幾乎是線性關係，這並不意外；但特別的是，電極化與磁場方向的關係並非線性，若稍微改變磁場方向，電極化就會大幅改變。這是人類過去未知的新形態磁電效應。
有望成為固態資料儲存的新方案
未來，研究團隊將嘗試透過改變電場，來改變晶體的磁場特性。Pimenov 認為，若磁場能改變電場特性，或許電場改變也會對磁場產生類似的效果。
對於該發現的產業應用，Pimenov 表示，磁電效應已經在科技應用扮演重要角色，若研究成功，該理論也應用在產業界的話，這可能是固態資料儲存的新方案。現在的電腦硬碟（HDD）需要使用線圈產生磁場，來改變磁碟上磁性物質的磁場方向，達到讀寫資料的目的，然而此舉需要大量的電能與時間，因此若能透過電場，直接改變固態記憶體的磁性，就會是儲存技術的突破。
參考資料
《npj Quantum Materials》、《TU Wien》、《PhysOrg》
（本文提供合作夥伴轉載；首圖來源：Needpix.com CC Licensed。）
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