Los materiales utilizados en los dispositivos electrónicos se eligen normalmente porque poseen propiedades magnéticas especiales o eléctricas especiales. Sin embargo, un equipo internacional de investigadores que utiliza la dispersión de neutrones identificó recientemente un material raro que tiene ambos.

En su artículo publicado en Materiales avanzados , el equipo, incluidos investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE), ilustra cómo se logra este matrimonio único en el material multiferroico BiMn3Cr4O12. Muchos materiales son conocidos por una sola propiedad magnética o eléctrica característica, o por tener la capacidad de cambiar de forma, pero los multiferroicos contienen alguna combinación de estos atributos.

Los multiféricos se dividen típicamente en dos categorías distintas:convencionales (tipo 1) y no convencionales (tipo 2). Los multiferroicos convencionales están controlados predominantemente por electricidad y exhiben interacciones débiles con el magnetismo. En cambio, Multiferroics no convencionales son impulsados ​​por magnetismo y exhiben fuertes interacciones eléctricas.

"Hemos encontrado un ejemplo interesante de multiferroicidad conjunta, lo que significa que tanto la multiferroicidad convencional como la no convencional se desarrollan una tras otra en el mismo material, ", dijo el investigador de ORNL, Huibo Cao.

Una de las razones por las que los multiferroicos son tan deseables es que sus características duales se pueden controlar en combinación entre sí, Proporcionar, por ejemplo, Magnetismo controlado eléctricamente o propiedades eléctricas controladas magnéticamente. Los investigadores dicen que una mejor comprensión de cómo se comportan estos materiales multifuncionales podría conducir a avances significativos en el almacenamiento de información y el rendimiento energético en nuevos dispositivos.

Por ejemplo, Los materiales con la combinación optimizada de ambos mecanismos multiferroicos podrían usarse como interruptores eficientes, sensores de campo magnético, y dispositivos de memoria.

"Con este material, Vemos el potencial para ir más allá del alcance típico de las aplicaciones multiferroicas y tener un impacto significativo en una variedad de proyectos prácticos, "Dijo Cao.

Estos conocimientos también podrían servir como base para ayudar a los investigadores a desarrollar materiales similares que contengan esta combinación de propiedades.

"La existencia de este material poco común y la capacidad de encontrar otros como este brindan una nueva gama de emocionantes posibilidades para la investigación y el desarrollo futuros, ", dijo el investigador de ORNL Stuart Calder.

Los neutrones son la sonda más adecuada para estudiar el magnetismo de estos materiales y proporcionar una distinción entre los diferentes tipos de comportamiento multiferroico. Porque los neutrones no tienen carga, pueden examinar fácilmente el comportamiento de la estructura cristalina en entornos de muestra complejos, como las celdas de presión. Al mismo tiempo, tienen giro y la capacidad de comportarse como imanes, haciéndolos ideales para estudiar el magnetismo.

Al exponer una muestra a diferentes temperaturas, campos magnéticos / eléctricos, y presiones, los investigadores pueden observar cómo la estructura atómica y las propiedades magnéticas responden a los factores ambientales y entre sí, lo que podría orientar aún más el diseño de nuevos materiales.

El equipo realizó mediciones de dispersión de neutrones en el reactor de isótopos de alto flujo (HFIR) de ORNL, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. Usando el instrumento de difractómetro de polvo de neutrones, Línea de luz HFIR HB-2A, determinaron cómo las estructuras magnéticas del material se correlacionan con su polarización ferroeléctrica, que es la ligera separación entre los centros de carga positiva y negativa en las unidades atómicas que componen la estructura cristalina.

"Con neutrones, podemos ver cómo se ordenan estas estructuras magnéticas para comprender mejor los diferentes tipos de multiferroics, ", Dijo Calder." Estamos empezando a resolver algunos de los misterios que rodean a estos materiales ".