Giro (orden magnético) en el material ferroico de bismuto-ferrita "ciclos" a través del cristal, ofreciendo una aplicación potencial en campos emergentes de la electrónica como la magnónica. Crédito:FLOTA
, Un nuevo estudio de la UNSW revisa exhaustivamente la estructura magnética del material multiferroico ferrita de bismuto (BiFeO3 — BFO).
La revisión avanza en la búsqueda de FLEET de productos electrónicos de bajo consumo, reunir los conocimientos actuales sobre el orden magnético en las películas BFO, y brindar a los investigadores una plataforma sólida para desarrollar aún más este material en memorias magnetoeléctricas de baja energía.
BFO es único en el sentido de que muestra el orden tanto magnético como electrónico (es decir, es 'multiferroico') a temperatura ambiente, permitiendo la conmutación de baja energía en dispositivos de almacenamiento de datos.
Multiferroics:ordenamiento combinado magnético y electrónico para almacenamiento de datos de baja energía
Multiferroics son materiales que tienen más de un 'parámetro de orden'.
Por ejemplo, un material magnético muestra un orden magnético:puede imaginar que el material está formado por muchos elementos perfectamente dispuestos (ordenados), imanes diminutos.
Algunos materiales muestran un orden electrónico, una propiedad conocida como ferroelectricidad, que puede considerarse el equivalente eléctrico del magnetismo.
En un material ferroeléctrico, algunos átomos están cargados positivamente, otros están cargados negativamente, y la forma en que estos átomos están dispuestos en el material da un orden específico a la carga en el material.
En naturaleza, una pequeña fracción de los materiales conocidos posee un orden tanto magnético como ferroeléctrico (como es el caso del BFO) y, por lo tanto, se denominan materiales multiferroicos.
El acoplamiento entre el orden magnético y ferroeléctrico en un material multiferroico desbloquea una física interesante y abre el camino para aplicaciones como la electrónica energéticamente eficiente, por ejemplo, en dispositivos de memoria no volátil.
Los estudios de FLEET se centran en el uso potencial de dichos materiales como mecanismo de conmutación.
El almacenamiento de datos en discos duros tradicionales se basa en cambiar el estado magnético de cada bit:desde cero, a uno, a cero. Pero se necesita una cantidad relativamente grande de energía para generar el campo magnético necesario para lograrlo.
En una 'memoria multiferroica, 'el acoplamiento entre el orden magnético y ferroeléctrico podría permitir' voltear 'el estado de un bit por campo eléctrico, en lugar de un campo magnético.
Los campos eléctricos son mucho menos costosos energéticamente de generar que los campos magnéticos, por lo que la memoria multiferroica sería una ventaja significativa para la electrónica de energía ultrabaja, un objetivo clave en FLEET.
El coautor, el Dr. Dan Sando, prepara materiales para estudiar en la UNSW. Crédito:FLOTA
BFO:un material multiferroico único
La ferrita de bismuto (BFO) es única entre los multiferroicos:sus propiedades magnéticas y ferroeléctricas persisten hasta la temperatura ambiente. La mayoría de los multiferroics solo exhiben ambos parámetros de orden a temperaturas muy por debajo de la temperatura ambiente, haciéndolos poco prácticos para la electrónica de baja energía.
(No tiene sentido diseñar dispositivos electrónicos de bajo consumo si le cuesta más energía enfriar el sistema de lo que ahorra en funcionamiento).
El nuevo estudio de la UNSW revisa la estructura magnética de la ferrita de bismuto; en particular, cuando se cultiva como una fina capa monocristalina sobre un sustrato.
El artículo examina el complicado orden magnético de BFO, y las muchas herramientas experimentales diferentes que se utilizan para sondear y ayudar a comprenderlo.
Multiferroics es un tema desafiante. Por ejemplo, para los investigadores que intentan ingresar al campo, Es muy difícil obtener una imagen completa del magnetismo del BFO a partir de una sola referencia.
"Entonces, decidimos escribirlo, "dice el Dr. Daniel Sando." Estábamos en la posición perfecta para hacerlo, como teníamos toda la información en nuestras cabezas, Stuart escribió un capítulo de revisión de literatura, y teníamos la experiencia combinada de física necesaria para explicar los conceptos importantes en forma de tutorial ".
El resultado es un completo completo, y artículo de revisión detallado que atraerá una atención significativa de los investigadores y servirá como referencia útil para muchos.
El coautor principal, el Dr. Stuart Burns, explica lo que los nuevos investigadores del campo de los multiferroicos obtendrán del artículo:
"Estructuramos la revisión como un paquete de inicio para crear su propio experimento:se guiará a los lectores a través de la cronología de BFO, una selección de técnicas para utilizar (junto con las ventajas y desventajas de cada una) y varias formas interesantes de modificar la física en juego. Con estas piezas en su lugar, los experimentadores sabrán qué esperar, y puede centrarse en diseñar nuevos dispositivos de bajo consumo y arquitecturas de memoria ".
El otro autor principal, Oliver Paull, dice "Esperamos que otros investigadores en nuestro campo utilicen este trabajo para capacitar a sus estudiantes, aprender los matices del material, y tener un artículo de referencia único que contenga todas las referencias pertinentes; esta última en sí misma es una contribución extremadamente valiosa ".
La profesora Nagy Valanoor añadió:"El aspecto más satisfactorio de este documento fue su estilo como capítulo de un libro de texto. ¡No dejamos piedra sin remover!"
El documento de discusión incluye la incorporación de BFO en dispositivos funcionales que utilizan el acoplamiento cruzado entre ferroelectricidad y magnetismo, y campos muy nuevos como la espintrónica antiferromagnética, donde la propiedad de la mecánica cuántica del espín del electrón se puede utilizar para procesar información.
"La guía experimental de la cicloide, o Antiferromagnetismo no colineal en BiFeO epitaxial 3 "fue publicado en Materiales avanzados en septiembre de 2020.
El equipo de Nagarajan ('Nagy') Valanoor en UNSW Sydney ha estudiado exhaustivamente el BFO y otros materiales ferroicos, obtener un amplio reconocimiento por los estudios relevantes, y logrando avances significativos ellos mismos.
El equipo sintetiza heteroestructuras ferroeléctricas y ferromagnéticas y nuevos óxidos topológicos utilizados por otros investigadores de FLEET que buscan transistores de baja energía. dentro del tema de Investigación 1 del Centro y Tecnología facilitadora A.
