Os materiais usados ​​em dispositivos eletrônicos são normalmente escolhidos porque possuem propriedades magnéticas especiais ou elétricas especiais. Contudo, uma equipe internacional de pesquisadores usando espalhamento de nêutrons recentemente identificou um material raro que tem os dois.

Em seu artigo publicado em Materiais avançados , O time, incluindo pesquisadores do Laboratório Nacional Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia (DOE), ilustra como esse casamento único é alcançado no material multiferróico BiMn3Cr4O12. Muitos materiais são conhecidos por apenas uma propriedade magnética ou elétrica característica, ou por ter a capacidade de mudar de forma, mas os multiferróicos contêm alguma combinação desses atributos.

Os multiferróicos são normalmente divididos em duas categorias distintas:convencional (tipo 1) e não convencional (tipo 2). Os multiferróicos convencionais são predominantemente controlados por eletricidade e apresentam interações fracas com o magnetismo. Por outro lado, multiferróicos não convencionais são movidos pelo magnetismo e exibem fortes interações elétricas.

"Encontramos um exemplo interessante de multiferroicidade conjunta, o que significa que tanto a multiferroicidade convencional quanto não convencional se desenvolvem uma após a outra no mesmo material, "disse o pesquisador do ORNL Huibo Cao.

Uma razão pela qual os multiferróicos são tão desejáveis ​​é que suas características duais podem ser controladas em combinação uma com a outra, fornecendo, por exemplo, magnetismo controlado eletricamente ou propriedades elétricas controladas magneticamente. Os pesquisadores dizem que uma melhor compreensão de como esses materiais multifuncionais se comportam pode levar a avanços significativos no armazenamento de informações e desempenho de energia em novos dispositivos.

Por exemplo, materiais com a combinação otimizada de ambos os mecanismos multiferróicos podem ser usados ​​como interruptores eficientes, sensores de campo magnético, e dispositivos de memória.

“Com este material, vemos o potencial de ir além do escopo típico de aplicações multiferróicas e causar um impacto significativo em uma variedade de projetos práticos, "Cao disse.

Essas percepções também podem servir de base para ajudar os pesquisadores a desenvolver materiais semelhantes que contenham essa mistura de propriedades.

"A existência deste material raro e a capacidade de encontrar outros semelhantes fornecem uma nova gama de possibilidades interessantes para pesquisa e desenvolvimento futuros, "disse o pesquisador do ORNL Stuart Calder.

Os nêutrons são a sonda mais adequada para estudar o magnetismo desses materiais e fornecer uma distinção entre os diferentes tipos de comportamento multiferróico. Porque nêutrons não têm carga, eles podem examinar facilmente o comportamento da estrutura do cristal em ambientes de amostra complexos, como células de pressão. Ao mesmo tempo, eles têm rotação e a capacidade de se comportar como ímãs, tornando-os ideais para estudar o magnetismo.

Ao expor uma amostra a temperaturas variáveis, campos magnéticos / elétricos, e pressões, os pesquisadores podem observar como a estrutura atômica e as propriedades magnéticas respondem a fatores ambientais e entre si, o que poderia orientar ainda mais o design de novos materiais.

A equipe realizou medições de espalhamento de nêutrons no High Flux Isotope Reactor (HFIR) do ORNL, um DOE Office of Science User Facility. Usando o instrumento difratômetro de pó de nêutrons, Linha de luz HFIR HB-2A, eles determinaram como as estruturas magnéticas do material se correlacionam com sua polarização ferroelétrica, que é a ligeira separação entre os centros de carga positiva e negativa nas unidades atômicas que compõem a estrutura cristalina.

"Com nêutrons, podemos ver como essas estruturas magnéticas são ordenadas para melhor compreender os diferentes tipos de multiferróicos, "Calder disse." Estamos começando a resolver alguns dos mistérios que cercam esses materiais. "