Los materiales ferromagnéticos tienen un campo magnético autogenerado, los materiales ferroeléctricos generan su propio campo eléctrico. Aunque los campos eléctrico y magnético están relacionados, la física nos dice que son clases de material muy diferentes. Ahora, el descubrimiento por parte de científicos dirigidos por la Universidad de Warwick de un patrón eléctrico complejo similar a un 'vórtice' que refleja su contraparte magnética sugiere que en realidad podrían ser dos caras de la misma moneda.

Detallado en un nuevo estudio para la revista Nature, financiado por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC), parte de Investigación e Innovación del Reino Unido, y la Royal Society, los resultados brindan la primera evidencia de un proceso en materiales ferroeléctricos comparable a la interacción Dzyaloshinskii-Moriya en ferromagnetos. Esta interacción en particular juega un papel fundamental en la estabilización de estructuras magnéticas topológicas, como los skyrmions, y podría ser crucial para posibles nuevas tecnologías electrónicas que exploten sus análogos eléctricos.

Los cristales ferroeléctricos a granel se han utilizado durante muchos años en una variedad de tecnologías que incluyen sondas, transductores de audio y actuadores. Todas estas tecnologías explotan los dipolos eléctricos intrínsecos y su interrelación entre la estructura cristalina del material y los campos aplicados.

Para este estudio, los científicos crearon una película delgada de titanato de plomo ferroeléctrico intercalada entre capas de rutenato de estroncio ferromagnético, cada una de aproximadamente 4 nanómetros de espesor, solo el doble del espesor de una sola hebra de ADN.

Mientras que los átomos de los dos materiales forman una única estructura cristalina continua, en la capa de titanato de plomo ferroeléctrico la polarización eléctrica normalmente formaría múltiples "dominios", como un panal. Estos dominios solo se pueden observar utilizando microscopía electrónica de transmisión y dispersión de rayos X de última generación.

Pero cuando el equipo de la Universidad de Warwick examinó la estructura de las capas combinadas, vieron que los dominios en el titanato de plomo eran una estructura topológica compleja de líneas de vórtices, girando alternativamente en diferentes direcciones.

También se ha observado un comportamiento casi idéntico en ferromagnetos donde se sabe que es generado por la interacción Dzyaloshinskii-Moriya (DMi).

El autor principal, el profesor Marin Alexe, del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, dijo:"Si observa cómo se reducen estas características, la diferencia entre el ferromagnetismo y la ferroelectricidad se vuelve cada vez menos importante. Es posible que se fusionen en algún punto de uno". material único. Esto podría ser artificial y combinar ferromagnetos y ferroeléctricos muy pequeños para aprovechar estas características topológicas. Es muy claro para mí que estamos en la punta del iceberg en cuanto a dónde irá esta investigación".

El coautor Dorin Rusu, estudiante de posgrado en la Universidad de Warwick, dijo:"Darse cuenta de que en las texturas dipolares ferroeléctricas que imitan a su contraparte magnética hasta tal punto garantiza una mayor investigación sobre la física fundamental que impulsa tales similitudes. Este resultado no es un asunto trivial cuando se considera la diferencia en el origen y la fuerza de los campos eléctrico y magnético".

La existencia de estos vórtices se había teorizado previamente, pero se necesitó el uso de microscopios electrónicos de transmisión de última generación en la Universidad de Warwick, así como el uso de sincrotrones en otras cuatro instalaciones, para observarlos con precisión. Estas técnicas permitieron a los científicos medir la posición de cada átomo con un alto grado de certeza.

La coautora, la profesora Ana Sánchez, dijo:"La microscopía electrónica es una técnica que cambia el juego en la comprensión de estas estructuras topológicas. Es la herramienta clave para revelar los entresijos de estos materiales novedosos, utilizando un haz subatómico de electrones para generar imágenes de estructuras internas. estructura."

El coautor, el profesor Thomas Hase, agregó:"El acceso a instalaciones de alto nivel en el Reino Unido, Europa y EE. UU. ha sido fundamental para esta investigación en particular". + Explora más

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