Porzioni del reticolo BiFeO3 di fasi cicloidali e collineari con solo ioni Fe sono mostrate a sinistra e a destra, rispettivamente. Le frecce indicano la direzione del momento Fe3+. Lo stato fondamentale di BiFeO3 aveva una struttura di spin cicloidale, che viene destabilizzato dalla sostituzione del Co con il Fe e a temperature più elevate. I momenti magnetici di spin si compensano tra loro nel pannello di sinistra, ma il canting tra spin vicini porta alla comparsa di debole ferromagnetismo nel pannello di sinistra. Credito:Istituto di tecnologia di Tokyo
Memoria del computer tradizionale, noto come DRAM, utilizza i campi elettrici per memorizzare le informazioni. Nella DRAM, la presenza o meno di una carica elettrica è indicata dal numero 1 o dal numero 0. Purtroppo, questo tipo di memorizzazione delle informazioni è transitorio e le informazioni vengono perse quando il computer viene spento. Nuovi tipi di memoria, MRAM e FRAM, utilizzare il ferromagnetismo e la ferroelettricità di lunga durata per memorizzare le informazioni. Però, nessuna tecnologia finora combina i due.
Per affrontare questa sfida, un gruppo di scienziati guidati dal Prof. Masaki Azuma del Laboratorio di Materiali e Strutture del Tokyo Institute of Technology, insieme al Prof. associato Hajime Hojo presso la Kyushu University in precedenza presso Tokyo Tech, Il prof. Ko Mibu del Nagoya Institute of Technology e altri cinque ricercatori hanno dimostrato la natura multiferroica di un film sottile di BiFe1-xCoxO3 (BFCO). I materiali multiferroici mostrano sia ferromagnetismo che ferroelettricità. Questi dovrebbero essere usati come dispositivi di memoria a più stati. Per di più, se i due ordini sono fortemente accoppiati e la magnetizzazione può essere invertita applicando un campo elettrico esterno, il materiale dovrebbe funzionare come una forma di memoria magnetica a basso consumo energetico.
Scienziati precedenti avevano ipotizzato che il film sottile BFO ferroelettrico, un parente stretto di BFCO, potrebbe essere anche ferromagnetico, ma furono ostacolati dalla presenza di impurità magnetiche. Il team del Prof. M. Azuma ha sintetizzato con successo puro, film sottili di BFCO utilizzando la deposizione laser pulsata per eseguire la crescita epitassiale su un substrato di SrTiO3 (STO). Hanno quindi condotto una serie di test per dimostrare che il BFCO è sia ferroelettrico che ferromagnetico a temperatura ambiente. Hanno manipolato la direzione della polarizzazione ferroelettrica applicando un campo elettrico, e ha mostrato che la struttura di spin cicloidale a bassa temperatura, sostanzialmente uguale a quello del BiFeO3, si trasforma in collineare con ferromagnetismo a temperatura ambiente.
Nel futuro, gli scienziati sperano di realizzare il controllo elettrico del ferromagnetismo, che potrebbe essere applicato a basso consumo energetico, dispositivi di memoria non volatile.
Il ciclo di isteresi ferroelettrico (sinistra) e il ciclo di isteresi magnetica (destra) misurati a temperatura ambiente indicano la coesistenza di ferroelettricità e ferromagnetismo. Credito:Istituto di tecnologia di Tokyo
