Un team della Immanuel Kant Baltic Federal University (BFU) insieme a un gruppo scientifico internazionale ha studiato una correlazione tra la struttura dei materiali ceramici a base di ferrite di bismuto (BiFeO3) e le loro proprietà magnetiche. Nel loro lavoro, gli scienziati hanno determinato i fattori che influenzano l'evoluzione strutturale dei materiali ei cambiamenti nel loro comportamento magnetico. Il lavoro aiuterà a creare nuovi materiali ceramici con determinate proprietà. L'articolo è stato pubblicato su Journal of Physics and Chemistry of Solids .

La struttura della ferrite di bismuto è simile a quella della perovskite, un minerale a base di calcio e titanio, ma contiene anche atomi di ossigeno. I noti superconduttori ad alta temperatura (cioè materiali in grado di condurre la corrente senza resistenza a determinate temperature) hanno la stessa struttura. Molti materiali con griglie di cristallo simili alla perovskite vengono utilizzati come processori di energia solare.

Quando ioni di elementi diversi vengono aggiunti alla sorgente di ferrite di bismuto, porta a cambiamenti nel suo reticolo cristallino e quindi nelle proprietà fisiche. I fisici della BFU hanno aggiunto ioni di metalli (calcio, manganese, titanio, e niobio) e ha misurato le caratteristiche magnetiche del materiale. Si è scoperto che l'inserimento di nuovi atomi porta alla compressione del reticolo cristallino indipendentemente dal tipo degli elementi di transizione. Questo, a sua volta, è seguito da cambiamenti nella struttura magnetica del materiale. Perde la polarizzazione spontanea, cioè., i momenti di dipolo degli atomi che determinano la direzione delle forze elettriche sono privati ​​dell'orientamento fisso in assenza di un campo elettrico esterno.

Quando atomi di altri metalli vengono aggiunti alla ferrite di bismuto, quest'ultimo perde anche le sue proprietà ferromagnetiche:i momenti di dipolo degli atomi non sono più diretti l'uno verso l'altro. Inoltre, quando il calcio viene aggiunto al niobio o al titanio, la struttura magnetica del materiale diventa ferromagnetica:i momenti di dipolo diventano co-direzionali. Dopo che l'influenza di un campo magnetico si è interrotta, questi campioni hanno mostrato magnetismo residuo, una proprietà tipica dei materiali ferromagnetici.

"Abbiamo dimostrato che le proprietà magnetiche dei materiali a base di ferrite di bismuto sono in larga misura determinate da distorsioni strutturali causate da sostituzioni, difetti reticolari, e la natura dell'interazione di scambio tra gli atomi di ferro, ossigeno, e il metallo di transizione. Stati ferromagnetici deboli che si verificano quando il calcio è stato aggiunto al materiale insieme al titanio o al niobio, sono spiegati dalla reazione tra gli atomi magnetici che passa attraverso quelli non magnetici. Generalmente, non viene preso in considerazione a causa dei suoi valori minori, ma in caso di materiali ferromagnetici può causare notevoli fluttuazioni nel comportamento magnetico del materiale, "dice Vadim Sikolenko, coautore dell'opera, candidato di fisica e matematica, e ricercatore senior presso il Centro di ricerca e formazione per i nanomateriali funzionali.