Los multiferroicos - materiales que exhiben orden magnético y eléctrico - son de interés para la computación de la próxima generación pero difíciles de crear porque las condiciones que conducen a cada uno de esos estados generalmente son mutuamente excluyentes. Y en la mayoría de los multiferroicos encontrados hasta la fecha, sulas propiedades respectivas emergen solo a temperaturas extremadamente bajas.
Hace dos años, investigadores en los laboratorios de Darrell Schlom, el Profesor Herbert Fisk Johnson de Química Industrial en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, y Dan Ralph, el Profesor FR Newman en la Facultad de Artes y Ciencias, en colaboración conEl profesor Ramamoorthy Ramesh, de la Universidad de Berkeley, publicó un artículo en el que anunciaba un avance en multiferroicos que involucraba el único material conocido en el que el magnetismo puede controlarse aplicando un campo eléctrico a temperatura ambiente: la ferrita de bismuto multiferroico.
El grupo de Schlom se ha asociado con David Muller y Craig Fennie, profesores de física aplicada y de ingeniería, para llevar esa investigación un paso más allá: los investigadores han combinado dos materiales no multiferroicos, utilizando los mejores atributos de ambos para crear una nueva sala.temperatura multiferroica.
Se publicó su artículo, "Las capas ferroicas diseñadas por ingeniería atómica producen un multiferroico magnetoeléctrico a temperatura ambiente", junto con un artículo complementario de Noticias y Vistas - 22 de septiembre Naturaleza . Los autores principales son Julia Mundy, Ph.D. '14, una ex estudiante de doctorado que trabaja conjuntamente con Muller y Schlom y que ahora es investigadora postdoctoral en la Universidad de California, Berkeley; Charles Brooks, Ph.D., visitantecientífico en el grupo Schlom; y Megan Holtz, estudiante de doctorado en el grupo Muller.
El grupo diseñó películas delgadas de óxido de hierro lutecio hexagonal LuFeO 3 , un material conocido por ser un ferroeléctrico robusto pero no fuertemente magnético.El LuFeO 3 consiste en monocapas individuales alternas de óxido de lutecio y óxido de hierro, y difiere de un óxido ferrimagnético fuerte LuFe 2 O 4 , que consiste en alternar monocapas de óxido de lutecio con monocapas dobles de óxido de hierro.
Sin embargo, los investigadores descubrieron que podían combinar estos dos materiales a escala atómica para crear un nuevo compuesto que no solo era multiferroico sino que tenía mejores propiedades que cualquiera de los componentes individuales. En particular, descubrieron que tenían que agregarsolo una monocapa adicional de óxido de hierro por cada 10 repeticiones atómicas del LuFeO 3 para cambiar dramáticamente las propiedades del sistema.
Esa ingeniería de precisión se realizó a través de la epitaxia de haz molecular MBE, una especialidad del laboratorio de Schlom. Una técnica que Schlom compara con la "pintura por atomización atómica", MBE permitió a los investigadores diseñar y ensamblar los dos materiales diferentes en capas, una solaátomo a la vez.
La combinación de los dos materiales produjo una capa fuertemente ferrimagnética cerca de la temperatura ambiente. Luego probaron el nuevo material en la Fuente de Luz Avanzada del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley LBNL en colaboración con el coautor Ramesh para demostrar que los átomos ferrimagnéticos siguieron elalineación de sus vecinos ferroeléctricos cuando se conmuta por un campo eléctrico.
"Fue cuando nuestros colaboradores de LBNL demostraron el control eléctrico del magnetismo en el material que hicimos que las cosas se volvieron súper emocionantes", dijo Schlom. "Los multiferroicos a temperatura ambiente son extremadamente raros y solo los multiferroicos que permiten el control eléctrico del magnetismo son relevantes"a las aplicaciones "
En los dispositivos electrónicos, las ventajas de los multiferroicos incluyen su polarización reversible en respuesta a los campos eléctricos de baja potencia, a diferencia de las corrientes eléctricas generadoras de calor y de baja potencia, y su capacidad para mantener su estado polarizado sin la necesidad depotencia continua. Los chips de memoria de alto rendimiento utilizan materiales ferroeléctricos o ferromagnéticos.
"Nuestro trabajo muestra que un mecanismo completamente diferente está activo en este nuevo material", dijo Schlom, "dándonos la esperanza de aún mejores, más altas temperaturas y más fuertes, multiferroicos para el futuro".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por Tom Fleischman. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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