I materiali utilizzati nei dispositivi elettronici sono generalmente scelti perché possiedono speciali proprietà magnetiche o speciali elettriche. Però, un team internazionale di ricercatori che utilizzano lo scattering di neutroni ha recentemente identificato un materiale raro che ha entrambi.

Nel loro articolo pubblicato su Materiale avanzato , Il gruppo, compresi i ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Department of Energy (DOE), illustra come questo matrimonio unico si ottiene nel materiale multiferroico BiMn3Cr4O12. Molti materiali sono noti solo per una caratteristica proprietà magnetica o elettrica, o per avere la capacità di cambiare forma, ma i multiferroici contengono una combinazione di questi attributi.

I multiferroici sono tipicamente divisi in due categorie distinte:convenzionali (tipo-1) e non convenzionali (tipo-2). I multiferroici convenzionali sono prevalentemente controllati dall'elettricità e mostrano interazioni deboli con il magnetismo. Al contrario, i multiferroici non convenzionali sono guidati dal magnetismo e mostrano forti interazioni elettriche.

"Abbiamo trovato un esempio interessante di multiferroicità congiunta, il che significa che la multiferroicità convenzionale e non convenzionale si sviluppano una dopo l'altra nello stesso materiale, ", ha affermato il ricercatore dell'ORNL Huibo Cao.

Uno dei motivi per cui i multiferroici sono così desiderabili è che le loro doppie caratteristiche possono essere controllate in combinazione tra loro, fornendo, Per esempio, magnetismo controllato elettricamente o proprietà elettriche controllate magneticamente. I ricercatori affermano che una migliore comprensione di come si comportano questi materiali multifunzionali potrebbe portare a significativi progressi nell'archiviazione delle informazioni e nelle prestazioni energetiche dei nuovi dispositivi.

Per esempio, materiali con la combinazione ottimizzata di entrambi i meccanismi multiferroici potrebbero essere utilizzati come interruttori efficienti, sensori di campo magnetico, e dispositivi di memoria.

"Con questo materiale, vediamo il potenziale per andare oltre l'ambito tipico delle applicazioni multiferroiche e avere un impatto significativo su una varietà di progetti pratici, " disse Cao.

Queste intuizioni potrebbero anche servire come base per aiutare i ricercatori a sviluppare materiali simili contenenti questa miscela di proprietà.

"L'esistenza di questo materiale raro e la capacità di trovarne altri simili forniscono una nuova gamma di possibilità entusiasmanti per la ricerca e lo sviluppo futuri, ", ha affermato il ricercatore dell'ORNL Stuart Calder.

I neutroni sono la sonda più adatta per studiare il magnetismo di questi materiali e fornire una distinzione tra i diversi tipi di comportamento multiferroico. Poiché i neutroni non hanno carica, possono facilmente esaminare il comportamento della struttura cristallina in ambienti campione complessi come le celle di pressione. Allo stesso tempo, hanno spin e la capacità di comportarsi come magneti, rendendoli ideali per lo studio del magnetismo.

Esponendo un campione a temperature variabili, campi magnetici/elettrici, e pressioni, i ricercatori possono osservare come la struttura atomica e le proprietà magnetiche rispondono ai fattori ambientali e tra loro, che potrebbe guidare ulteriormente la progettazione di nuovi materiali.

Il team ha eseguito misurazioni della diffusione dei neutroni presso l'High Flux Isotope Reactor (HFIR) dell'ORNL, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE. Utilizzando lo strumento diffrattometro a polvere di neutroni, Linea di luce HFIR HB-2A, hanno determinato come le strutture magnetiche del materiale sono correlate alla sua polarizzazione ferroelettrica, che è la leggera separazione tra i centri di carica positiva e negativa nelle unità atomiche che compongono la struttura cristallina.

"Con i neutroni, possiamo vedere come queste strutture magnetiche sono ordinate per comprendere meglio i diversi tipi di multiferroici, " ha detto Calder. "Stiamo iniziando a risolvere alcuni dei misteri che circondano questi materiali."