Zjawisko magnetoelektryczne umożliwia zmianę polaryzacji elektrycznej polem magnetycznym lub polaryzacji magnetycznej polem elektrycznym, co może stanowić nową metodę zapisu informacji w pamięciach magnetycznych bez użycia ruchomej głowicy. Efekt ten był obserwowany między innymi w multiferroikach, czyli materiałach wykazujących równocześnie dwie lub więcej właściwości ferroicznych (ferromagnetyzm, ferroelektryczność, ferrosprężystości) [1], a także w strukturach hybrydowych składających się z ferromagnetyka mechanicznie połączonego z piezoelektrykiem, który odkształca się pod wpływem pola elektrycznego [2].

Pracownicy Instytutu Fizyki PAN pod kierunkiem prof. Tomasza Dietla wykazali, że zjawisko piezo-elektromagnetyczne może istnieć nie tylko w strukturach hybrydowych, ale także w układach jednorodnych. W pierwszej kolejności wykazano, że azotek galu zawierający Mn, tj. Ga_1-xMn_xN (x ≈ 2.5%) posiada silne własności izolacyjne, zachowując wysokooporową charakterystykę przy polach elektrycznych dochodzących do 5 MV/cm. Umożliwia to wykorzystanie piezoelektrycznych właściwości tego materiału i kontrolę jednojonowej anizotropii magnetycznej jonu Mn³⁺ w GaN za pomocą pola elektrycznego. Efekt ten jest całkowicie powtarzalny oraz odwracalny. Pole elektryczne zmienia rozmiary komórki elementarnej wzdłuż osi c kryształu wurcytu (odwrotne zjawisko piezoelektryczne), modyfikując nieznacznie otoczenie krystaliczne jonów Mn, co jednakże w wyraźny sposób wpływa na anizotropię magnetyczną, a zatem na namagnesowanie całego materiału w temperaturach poniżej 15 K. Autorzy opracowali też model teoretyczny wykorzystujący teorię grup dla jonu Mn³⁺ w GaN, który odtwarza wyniki doświadczalne.

Ze względu na cienką warstwę Ga_1-xMn_xN (30 nm) i małą zawartość Mn, sygnał magnetyczny był bardzo słaby. W celu wykrycia jego zależności od pola elektrycznego zmodyfikowano magnetometr tak, że stało się możliwe zastosowanie metody detekcji fazoczułej, tj. poszukiwanie zmian namagnesowania zachodzących w takt przykładanego pola elektrycznego.

Wyniki badań zostały opublikowane w Nature Communications [3].