En los materiales ferroeléctricos, la estructura cristalina se distorsiona, dando lugar a una polarización y un campo eléctrico formados espontáneamente. Debido a esta propiedad única, los ferroeléctricos se pueden encontrar en cualquier cosa, desde máquinas de ultrasonido e inyectores de combustible diesel hasta memoria de computadora. Los materiales ferroeléctricos están detrás de algunos dela tecnología más avanzada disponible en la actualidad. Los hallazgos de que la ferroelectricidad se puede observar en materiales que exhiben otras transiciones espontáneas, como el ferromagnetismo, han dado lugar a una nueva clase de estos materiales, conocidos como ferroeléctricos híbridos impropios. Sin embargo, las propiedades de este tipo de material, todavía están lejos de ser completamente entendidos. Nuevos hallazgos publicados en letras de física aplicada , de AIP Publishing, ayuda a iluminar estos materiales e indica el potencial para nuevas aplicaciones optoelectrónicas y de almacenamiento.
Un equipo de investigadores de China ha caracterizado un tipo de ferroeléctrico híbrido impropio, Ca3Mn2O7. El grupo investigó las propiedades ferroeléctricas, magnetoeléctricas y ópticas del material. Pudieron demostrar ferroelectricidad en Ca3Mn2O7, así como el acoplamiento entre su magnetismo y ferroelectricidad, unpropiedad clave que tiene potencial para permitir operaciones de bits más rápidas y más eficientes en computadoras.
"Nuestro trabajo resuelve un enigma a largo plazo en este campo, que podría impulsar las fronteras y aumentar la confianza para continuar la investigación en este campo", dijo Shuai Dong, autor del artículo.
Al igual que las baterías, por ejemplo, los ferroeléctricos tienen polos cargados positiva y negativamente. Sin embargo, una característica distintiva importante de estos materiales es que esta polarización se puede revertir usando un campo eléctrico externo.
"Esto puede ser útil porque puede usarse en dispositivos para almacenar información como unos y ceros", dijo Dong. "Además, el cambio de polarización puede generar corriente, que puede usarse en sensores".
A diferencia de los ferroeléctricos tradicionales, que derivan directamente sus propiedades de las distorsiones polares en la red del cristal del material, los ferroeléctricos híbridos impropios generan polarización a partir de una combinación de distorsiones no polares.
Cuando se teorizó por primera vez la ferroeléctrica impropia híbrida en 2011, se propusieron dos materiales. En los años posteriores, los cristales de Ca3Ti2O7¬ no magnéticos se demostraron experimentalmente, pero una caracterización completa de su contraparte magnética, Ca3Mn2O7, se mantuvo difícil de alcanzar.
"Se evidenciaron transiciones múltiples y separaciones de fase en Ca3Mn2O7, lo que lo hace más complejo que las expectativas teóricas iniciales", dijo Dong. "Este material es complejo y la fuga es grave, lo que impide la medición directa de su ferroelectricidad enalta temperatura."
Para comprender mejor el Ca3Mn2O7, Dong y sus colaboradores confirmaron la ferroelectricidad del material utilizando mediciones piroeléctricas que examinan sus propiedades eléctricas en un rango de temperaturas, así como los bucles de histéresis ferroeléctrica del Ca3Mn2O7 medidos, un método que mitiga algunas fugas extrínsecas. Una investigación adicional mostró que Ca3Mn2O7.exhibe un ferromagnetismo débil que puede ser modulado por un campo eléctrico.
Se descubrió que Ca3Mn2O7, un material que se rumoreaba hace mucho tiempo que tenía propiedades ferroeléctricas y magnetoeléctricas, también exhibía una fuerte absorción de luz visible en un intervalo de banda muy adecuado para dispositivos fotoeléctricos. Esta característica de Ca3Mn2O7 podría allanar el camino para que el material sea utilizadoen cualquier cosa, desde células fotovoltaicas hasta sensores de luz con el campo eléctrico incorporado que conduce a un voltaje fotogenerado más grande que los dispositivos actuales.
"Lo más sorprendente para nosotros fue que nadie notó su prominente absorción de luz antes", dijo Dong.
En el futuro, Dong dijo que espera explorar las propiedades fotoeléctricas de Ca3Mn2O7, así como investigar si la introducción de hierro en el cristal mejoraría su magnetismo.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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