Figura 1. Eterostruttura di Van der Waals Cr2Ge2Te6/In2Se3 e accoppiamento magnetoelettrico. Credito:UNIST
I multiferroici sono definiti come materiali che mostrano contemporaneamente ferromagnetismo e ferroelettricità. Tali proprietà rendono quei materiali promettenti elementi costitutivi di nuovi materiali multifunzionali per una varietà di applicazioni. Però, rimane ancora una grande sfida per migliorare il ferromagnetismo e la ferroelettricità dei multiferroici.
Uno studio recente, condotto congiuntamente dal professor Geunsik Lee della School of Natural Science dell'UNIST e dal professor Xiang Zhang dell'UC Berkeley negli Stati Uniti d'America, ha mostrato che le forze di van der Waals (vdW) possono essere utilizzate per risolvere tale problema, ha quindi attirato una notevole attenzione accademica.
Nel loro studio, pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura , i ricercatori hanno dimostrato la fattibilità di realizzare un nuovo concetto di multiferroici con eterostruttura 2-D. Il metodo proposto è un nuovo modo di migliorare l'interazione tra due proprietà legando strettamente materiali ferromagnetici e ferroelettrici tramite legame chimico. Il metodo, che è stato testato dai ricercatori attraverso i loro calcoli teorici, utilizzare il legame chimico dalle forze vdW.
Materiali multiferroici, che mostrano l'ordine simultaneo ferroelettrico e magnetico, può controllare il magnetismo dal campo elettrico o viceversa. La tecnica per controllare il magnetismo mediante campo elettrico è particolarmente essenziale per lo sviluppo di dispositivi di memoria ad alta densità. Per implementare questa tecnica, maggiore è l'interazione tra quegli ordini ferroici, meglio è.
Sono stati condotti studi approfonditi su multiferroici, contenente ferromagnetismo e ferroelettricità in un unico materiale. Ancora, tutti questi materiali non hanno mostrato un comportamento multiferroico a temperatura ambiente. Per questa ragione, particolare attenzione è stata posta al nuovo metodo di implementazione di multiferroici con eterostruttura 2-D, dove materiali ferroelettrici e materiali magnetici vengono combinati insieme.
Nello studio, il team di ricerca ha proposto il nuovo concetto di "multiferroici eterostrutturali 2-D non covalenti" impilando strati atomici di Cr ferromagnetico 2 Ge 2 Te 6 e ferroelettrico In 2 Vedi 3 , portando così alla multiferroicità completamente atomica. Hanno anche studiato sperimentalmente e teoricamente le proprietà ferromagnetiche e ferroelettroniche dei multiferroici con eterostruttura 2-D. Questa indagine combinata sperimentale e teorica rivela che i nuovi multiferroici sono in grado di avere il pieno controllo del magnetismo dal campo elettrico, anche all'interfaccia tra i due materiali.
Qui, le forze assunte dai ricercatori non erano il legame covalente, ma le forze di Van der Waals. Il termine "forza di Van der Waals" si riferisce ad attrazioni momentanee tra molecole, come elementi liberi biatomici e singoli atomi. Queste forze possono essere attrattive o repulsive, a seconda della distanza tra le molecole coinvolte.
Le ricerche hanno utilizzato calcoli DFT dei primi principi su un'eterostruttura vdW costituita da Cr . ferromagnetico 2 Ge 2 Te 6 e ferroelettrico In 2 Vedi 3 monostrati. Invertendo la polarizzazione elettrica di In2Se3, l'anisotropia magnetocristallina calcolata di Cr 2 Ge 2 Te 6 cambia tra easy-axis e easy-plane (cioè, accensione/spegnimento dell'ordine ferromagnetico), che promette un nuovo design della memoria magnetica. Per di più, In 2 Vedi 3 diventa ferroelettrico magnetico, con polarizzazioni di spin commutabili secondo la propria polarizzazione elettrica.
"Teoricamente, abbiamo dimostrato che il ferroelettrico e il ferromagnete stratificati possono essere accoppiati chimicamente con le forze di van der Waals per modificare le proprietà magnetiche a un valore molto più grande di quelli convenzionali, ", afferma il professor Geunsik Lee. "Prevediamo che la dualità della multiferroicità arricchisce potenzialmente la libertà di memorizzazione dei dati risolti a strati e quella di elaborazione delle informazioni a causa delle diverse proprietà magnetoelettriche e magneto-ottiche degli strati costituenti".
