Las porciones de la red BiFeO3 de las fases cicloidal y colineal con solo iones Fe se muestran a la izquierda y a la derecha, respectivamente. Las flechas indican la dirección del momento Fe3 +. El estado fundamental de BiFeO3 tenía una estructura de espín cicloidal, que se desestabiliza por sustitución de Co por Fe y a temperaturas más altas. Los momentos magnéticos de giro se compensan entre sí en el panel izquierdo, pero la inclinación entre espines vecinos conduce a la aparición de ferromagnetismo débil en el panel izquierdo. Crédito:Instituto de Tecnología de Tokio
Memoria de computadora tradicional, conocido como DRAM, utiliza campos eléctricos para almacenar información. En DRAM, la presencia o ausencia de una carga eléctrica se indica con el número 1 o el número 0. Desafortunadamente, este tipo de almacenamiento de información es transitorio y la información se pierde cuando se apaga la computadora. Nuevos tipos de memoria MRAM y FRAM, utilice ferromagnetismo y ferroelectricidad de larga duración para almacenar información. Sin embargo, hasta ahora ninguna tecnología combina los dos.
Para abordar este desafío, un grupo de científicos dirigido por el Prof. Masaki Azuma del Laboratorio de Materiales y Estructuras del Instituto de Tecnología de Tokio, junto con el profesor asociado Hajime Hojo en la Universidad de Kyushu anteriormente en Tokyo Tech, El profesor Ko Mibu del Instituto de Tecnología de Nagoya y otros cinco investigadores demostraron la naturaleza multiferroica de una película delgada de BiFe1-xCoxO3 (BFCO). Los materiales multifferroicos exhiben ferromagnetismo y ferroelectricidad. Se espera que se utilicen como dispositivos de memoria de varios estados. Es más, si los dos órdenes están fuertemente acoplados y la magnetización se puede revertir aplicando un campo eléctrico externo, el material debe funcionar como una forma de memoria magnética de bajo consumo de energía.
Los científicos anteriores habían especulado que la película delgada de BFO ferroeléctrico, un pariente cercano de BFCO, también podría ser ferromagnético, pero se vieron frustrados por la presencia de impurezas magnéticas. El equipo del Prof. M. Azuma sintetizó con éxito puro, películas delgadas de BFCO mediante el uso de deposición de láser pulsado para realizar el crecimiento epitaxial en un sustrato de SrTiO3 (STO). Luego realizaron una serie de pruebas para demostrar que BFCO es ferroeléctrico y ferromagnético a temperatura ambiente. Manipularon la dirección de la polarización ferroeléctrica aplicando un campo eléctrico, y demostró que la estructura de giro cicloidal de baja temperatura, esencialmente el mismo que el de BiFeO3, cambia a uno colineal con ferromagnetismo a temperatura ambiente.
En el futuro, los científicos esperan realizar el control eléctrico del ferromagnetismo, que podría aplicarse en bajo consumo de energía, dispositivos de memoria no volátil.
El bucle de histéresis ferroeléctrica (izquierda) y el bucle de histéresis magnética (derecha) medidos a temperatura ambiente indican la coexistencia de ferroelectricidad y ferromagnetismo. Crédito:Instituto de Tecnología de Tokio
