La polarizzazione spontanea sembra essere parallela all'asse c, mentre il magnetismo spontaneo sembra essere parallelo all'asse a. Credito:nessuno
Gli scienziati del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) e della Tohoku University hanno sviluppato pellicole epitassiali GFO di alta qualità e hanno studiato sistematicamente le loro proprietà ferroelettriche e ferromagnetiche. Hanno anche dimostrato gli effetti della magnetocapacità a temperatura ambiente di questi film sottili di GFO.
I materiali multiferroici mostrano ferroelettricità azionata magneticamente. Hanno proprietà affascinanti come proprietà ferroelettriche (ferromagnetiche) magnetiche (elettriche) controllate dal campo e possono essere utilizzate in nuove applicazioni tecnologiche come la scrittura veloce, risparmio energetico, e archiviazione dati non distruttiva. Però, poiché la multiferroicità si osserva tipicamente a basse temperature, è altamente desiderabile sviluppare materiali multiferroici che possono essere osservati a temperatura ambiente.
Ga X Fe 2-x oh 3 , o GFO in breve, è un promettente materiale multiferroico a temperatura ambiente a causa della sua grande magnetizzazione. I film sottili GFO sono già stati fabbricati con successo, ed è stata dimostrata la loro commutazione di polarizzazione a temperatura ambiente. Però, le loro proprietà ferroelettriche e ferromagnetiche devono essere controllate per realizzare migliori proprietà magnetoelettriche e applicazioni dei film GFO. Per controllare queste proprietà, è essenziale comprendere la relazione tra la composizione costituente in ciascun sito cationico e il carattere originale.
Perciò, il gruppo di ricerca guidato da Mitsuru Ito presso Tokyo Tech ha deciso di indagare sistematicamente la multiferroicità in funzione del rapporto compositivo di Ga e Fe nei film GFO. Nello specifico, hanno studiato le proprietà ferroelettriche dei film GFO utilizzando la microscopia a forza piezorisposta, e ho scoperto che Ga X Fe 2-x oh 3 i film con x =1 e 0,6 mostrano ferroelettricità a temperatura ambiente. La fase piezorisposta può essere invertita di 180° quando viene applicata una tensione superiore a 4,5 V. Questo comportamento è tipico dei materiali ferroelettrici ed è un forte indicatore della presenza di polarizzazione commutabile nel film a temperatura ambiente.
Da sinistra in alto a destra, x è uguale a a) 0, b) 0,3, c) 0,4, e d) 0,6 a 300 K. Credito:Materiali funzionali avanzati
Gli scienziati hanno anche confermato il ferrimagnetismo a temperatura ambiente dei film attraverso la caratterizzazione magnetica. Infine, sono stati in grado di dimostrare gli effetti della magnetocapacità a temperatura ambiente dei film GFO. Hanno riferito che cambiando x, il campo elettrico coercitivo, forza coercitiva, e i valori di magnetismo saturo potrebbero essere controllati. Hanno anche dimostrato che le gamme ferroelettriche e magnetiche degli ossidi di ferro di tipo GFO differiscono da quelle del noto BiFeO multiferroico a temperatura ambiente. 2 e può espandere la varietà di materiali multiferroici a temperatura ambiente.
