En los materiales ferroeléctricos, la estructura cristalina se deforma, 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 memorias de computadora. Los materiales ferroeléctricos están detrás de algunas de las tecnologías más avanzadas disponibles en la actualidad. 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. Las propiedades de este tipo de material, sin embargo, todavía están lejos de ser completamente entendidos. Nuevos hallazgos publicados en Letras de física aplicada , ayudan a iluminar estos materiales e indican el potencial de nuevas aplicaciones optoelectrónicas y de almacenamiento.

Un equipo de investigadores de China ha caracterizado un tipo de ferroeléctrico impropio híbrido, Ca3Mn2O7. El grupo investigó el ferroeléctrico del material, propiedades magnetoeléctricas y ópticas. Pudieron demostrar ferroelectricidad en Ca3Mn2O7 así como el acoplamiento entre su magnetismo y ferroelectricidad, una propiedad clave que tiene el potencial de permitir operaciones de bits más rápidas y eficientes en las computadoras.

"Nuestro trabajo resuelve un rompecabezas a largo plazo en este campo, lo que podría impulsar las fronteras y aumentar la confianza para continuar la investigación en este campo, "dijo Shuai Dong, un autor en el papel.

Como baterías por ejemplo, Los ferroeléctricos tienen polos cargados positiva y negativamente. Una de las principales características distintivas de estos materiales, sin embargo, es que esta polarización se puede revertir utilizando un campo eléctrico externo.

"Esto puede resultar útil porque se puede utilizar en dispositivos para almacenar información como unos y ceros, "Dijo Dong." Además, la conmutación de polarización puede generar corriente, que se puede utilizar en sensores ".

A diferencia de los ferroeléctricos tradicionales, que derivan directamente sus propiedades de distorsiones polares en la red del cristal del material, Los ferroeléctricos híbridos inadecuados generan polarización a partir de una combinación de distorsiones no polares.

Cuando se teorizó por primera vez sobre ferroeléctricos híbridos impropios en 2011, Se propusieron dos materiales. En los años posteriores, Cristales no magnéticos de Ca3Ti2O7¬ se demostraron experimentalmente, sino una caracterización completa de su contraparte magnética, Ca3Mn2O7, permaneció esquivo.

"Se evidenciaron múltiples transiciones y separaciones de fase en Ca3Mn2O7, haciéndolo 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 a alta temperatura ".

Para comprender mejor el Ca3Mn2O7, Dong y sus colaboradores confirmaron la ferroelectricidad del material mediante mediciones piroeléctricas que examinan sus propiedades eléctricas en un rango de temperaturas y midieron los bucles de histéresis ferroeléctrica de Ca3Mn2O7. un método que mitiga algunas fugas extrínsecas. Investigaciones posteriores mostraron que Ca3Mn2O7 exhibe un ferromagnetismo débil que puede ser modulado por un campo eléctrico.

Se encontró que Ca3Mn2O7, un material que se rumorea desde hace mucho tiempo que tiene propiedades ferroeléctricas y magnetoeléctricas, también exhibió una fuerte absorción de luz visible en una banda prohibida muy adecuada para dispositivos fotoeléctricos. Esta característica de Ca3Mn2O7 podría allanar el camino para que el material se use en cualquier cosa, desde células fotovoltaicas hasta sensores de luz con el campo eléctrico incorporado que conduce a un voltaje fotogenerado mayor 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 del Ca3Mn2O7, así como investigar si la introducción de hierro en el cristal mejoraría su magnetismo.