Los investigadores han demostrado con éxito que las partículas hipotéticas que fueron propuestas por Franz Preisach en 1935 realmente existen. En un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza , Los científicos de las universidades de Linköping y Eindhoven muestran por qué los materiales ferroeléctricos actúan como lo hacen.

La ferroelectricidad es el gemelo menos conocido del ferromagnetismo. Planchar, el cobalto y el níquel son ejemplos de materiales ferromagnéticos comunes. Los electrones en tales materiales funcionan como pequeños imanes, dipolos, con un polo norte y un polo sur. En un ferroeléctrico, los dipolos son eléctricos en lugar de magnéticos, y tener un polo positivo y negativo.

En ausencia de un campo magnético (para un ferromagnético) o eléctrico (para un ferroeléctrico) aplicado, la orientación de los dipolos es aleatoria. Cuando se aplica un campo suficientemente fuerte, los dipolos se alinean con él. Este campo se conoce como campo crítico (o coercitivo). Asombrosamente, en un material ferroico, la alineación permanece cuando se quita el campo, y el material está polarizado permanentemente. Para cambiar la dirección de la polarización, un campo al menos tan fuerte como el campo crítico debe aplicarse en la dirección opuesta. Este efecto se conoce como histéresis:el comportamiento del material depende de lo que le haya sucedido previamente. La histéresis hace que estos materiales sean muy adecuados como memoria regrabable, por ejemplo, en discos duros.

En un material ferroeléctrico ideal, toda la pieza cambia su polarización cuando se alcanza el campo crítico y lo hace con una velocidad bien definida. En materiales ferroeléctricos reales, diferentes partes del material cambian la polarización en diferentes campos críticos, ya diferentes velocidades. Comprender esta no idealidad es clave para la aplicación en la memoria de la computadora.

Un modelo de ferroelectricidad y ferromagnetismo fue desarrollado por el investigador alemán Franz Preisach ya en 1935. El modelo de Preisach puramente matemático describe los materiales ferroicos como una gran colección de pequeños, módulos independientes llamados histerones. Cada histeron muestra un comportamiento ferroico ideal, pero tiene su propio campo crítico que puede diferir de hysteron a hysteron. En general, se ha acordado que el modelo proporciona una descripción precisa de los materiales reales, pero los científicos no han entendido la física sobre la que se construye el modelo. ¿Qué son los histerones? ¿Por qué sus campos críticos difieren como lo hacen? En otras palabras, ¿Por qué los materiales ferroeléctricos actúan como lo hacen?

El grupo de investigación del profesor Martijn Kemerink (Materiales y dispositivos complejos en LiU), en colaboración con investigadores de la Universidad de Eindhoven, ahora ha estudiado dos sistemas de modelos orgánicos ferroeléctricos y ha encontrado la explicación. A las moléculas de los materiales ferroeléctricos orgánicos estudiados les gusta estar una encima de la otra, formando pilas cilíndricas de alrededor de un nanómetro de ancho y varios nanómetros de largo.

"Podríamos demostrar que estas pilas son en realidad los histerones más buscados. El truco es que tienen diferentes tamaños e interactúan fuertemente entre sí, ya que están muy empaquetados. Aparte de su propio tamaño único, cada pila, por lo tanto, siente un entorno diferente de otras pilas, que explica la distribución de Preisach, "dice Martijn Kemerink.

Los investigadores han demostrado que la conmutación no ideal de un material ferroeléctrico depende de su nanoestructura, en particular, cuántas pilas interactúan entre sí, y los detalles de la forma en que lo hacen.

"Tuvimos que desarrollar nuevos métodos para medir el cambio de histerones individuales para probar nuestras ideas. Ahora que hemos mostrado cómo las moléculas interactúan entre sí en la escala nanométrica, podemos predecir la forma de la curva de histéresis. Esto también explica por qué el fenómeno actúa como lo hace. Hemos mostrado cómo surge la distribución del histerón en dos materiales ferroeléctricos orgánicos específicos, pero es muy probable que se trate de un fenómeno generalizado. Estoy muy orgulloso de mis estudiantes de doctorado, Indre Urbanaviciute y Tim Cornelissen, que han logrado esto, "dice Martijn Kemerink.

Los resultados pueden orientar el diseño de materiales para nuevos, las llamadas memorias de varios bits, y son un paso más en el camino hacia los pequeños y flexibles recuerdos del futuro.