Новости химической науки > Антиферромагнетик становится ферроэлектриком и ферромагнетиком

Исследователям удалось получить самый сильный в мире ферроэлектрический ферромагнит – редкий материал, который, обладая постоянным магнитным полем, может поляризоваться под действием поля электрического.

Разработанный в процессе исследования новый подход является перспективным шагом вперед в разработке мультиферроматериалов (multiferroic material) для таких приложений, как память для компьютеров с низким потреблением энергии, магнитных сенсоров и устройств для преобразования энергии.

Растяжение тонкой пленки EuTiO₃, нанесенной на подложку из DyScO₃ изменяет ее магнитные свойства. (Рисунок из Nature, 2010, 466, 954)

В 2006 году Крег Фенни (Craig Fennie) и Карин Рабе (Karin Rabe) теоретически предположили, что антиферромагнитный титанат европия (EuTiO₃) должен свойства проявлять как ферромагнитного, так и ферроэлектрического материала в том случае, если он будет расти в виде тонкой пленки на подложке – такой рост может вызвать деформационное напряжение материала [1]. Сейчас, спустя четыре года, результаты совместных исследований международной группы исследователей под руководством Даррела Шлома (Darrell Schlom) из Корнеллского Университета (Итака, США) экспериментально подтвердили эти теоретические выкладки [2].

Исследователи обнаружили, что при выращивании слоя EuTiO₃ толщиной около 20 нм на подложке из скандата диспрозия (DyScO₃) кристаллическая решетка титаната европия расширяется примерно на 1%. Такая деформация оказывается достаточной для создания напряжения, которое приводит к появлению у материала как ферромагнитных, так и ферроэлектрических свойств, на три порядка больших, чем у любого другого известного в настоящее время мультиферроматериала.

Один из участников исследования, Венкатраман Гопалан (Venkatraman Gopalan) отмечает, что превращение антиферромагнетика в ферроэлектрик и ферромагнетик просто в результате его деформации кажется весьма удивительным явлением. Он подчеркивает, что результаты работы подтвердили теоретически предсказанную возможность получения мультиферроматериалов из магнитно упорядоченных изоляторов, не являющихся ни ферроэлектриками ни ферромагнетиками, которые меняют свои магнитные и электрические свойства только лишь в результате механического напряжения.

Гопалан подчеркивает, что возможность получения подобных мультиферроматериалов очень важна для создания компьютерных технологий нового поколения. В настоящее время магнитные домены в жестких дисках управляются с помощью магнитного поля, что требует больших затрат энергии. Возможно, что применение мультиферроматериала позволит управлять магнитными фрагментами жестких дисков с помощью напряжения всего лишь в 5 вольт.

Беатрис Нохеда (Beatriz Noheda), специалист по химии материалов из Университетa Гронинген (Нидерланды) отмечает, что новая работа является ярким примером плодотворного сотрудничества между теоретиками и экспериментаторами. Несмотря на то, что пленка EuTiO₃ проявляет ферромагнитные и ферроэлектрические свойства лишь при 4 Кельвинах, работу можно считать прорывной, так как она доказывает верность теоретических предсказаний и возможность получения мультиферроматериалов.

Гопалан соглашается с тем, что логическим продолжением исследований является увеличение температуры, при которой могут существовать фазы материалов с ферромагнитными и ферроэлектрическими свойствами, заявляя, что хочет получить мультиферроматериал, работающий при комнатной температуре.

Источник: [1] Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 267602; [2] Nature, 2010, 466, 954 (DOI: 10.1038/nature09331)

метки статьи: #неорганическая химия, #новые материалы, #физическая химия, #химия поверхности