Porções da rede BiFeO3 das fases cicloidal e colinear com apenas íons Fe são mostradas à esquerda e à direita, respectivamente. As setas indicam a direção do momento Fe3 +. O estado fundamental do BiFeO3 tinha uma estrutura de spin cicloidal, que é desestabilizado pela substituição de Fe por Co e em temperaturas mais altas. Os momentos magnéticos de spin se compensam no painel esquerdo, mas a inclinação entre spins vizinhos leva ao aparecimento de ferromagnetismo fraco no painel esquerdo. Crédito:Instituto de Tecnologia de Tóquio
Memória de computador tradicional, conhecido como DRAM, usa campos elétricos para armazenar informações. Em DRAM, a presença ou ausência de carga elétrica é indicada pelo número 1 ou número 0. Infelizmente, esse tipo de armazenamento de informações é temporário e as informações são perdidas quando o computador é desligado. Novos tipos de memória, MRAM e FRAM, usar ferromagnetismo e ferroeletricidade de longa duração para armazenar informações. Contudo, nenhuma tecnologia até agora combina os dois.
Para enfrentar este desafio, um grupo de cientistas liderado pelo Prof. Masaki Azuma do Laboratório de Materiais e Estruturas do Instituto de Tecnologia de Tóquio, junto com o professor associado Hajime Hojo da Kyushu University anteriormente na Tokyo Tech, O Prof. Ko Mibu do Instituto de Tecnologia de Nagoya e cinco outros pesquisadores demonstraram a natureza multiferróica de um filme fino de BiFe1-xCoxO3 (BFCO). Materiais multiferróicos exibem ferromagnetismo e ferroeletricidade. Espera-se que sejam usados como dispositivos de memória de múltiplos estados. Além disso, se as duas ordens estão fortemente acopladas e a magnetização pode ser revertida aplicando um campo elétrico externo, o material deve funcionar como uma forma de memória magnética de baixo consumo de energia.
Cientistas anteriores haviam especulado que a película fina de BFO ferroelétrico, um parente próximo da BFCO, pode ser ferromagnético também, mas eles foram impedidos pela presença de impureza magnética. A equipe do Prof. M. Azuma sintetizou com sucesso puro, filmes finos de BFCO usando deposição de laser pulsado para realizar o crescimento epitaxial em um substrato de SrTiO3 (STO). Em seguida, eles conduziram uma série de testes para mostrar que o BFCO é ferroelétrico e ferromagnético em temperatura ambiente. Eles manipularam a direção da polarização ferroelétrica aplicando um campo elétrico, e mostrou que a estrutura de spin cicloidal de baixa temperatura, essencialmente o mesmo do BiFeO3, muda para colinear com ferromagnetismo à temperatura ambiente.
No futuro, os cientistas esperam realizar o controle elétrico do ferromagnetismo, que poderia ser aplicado em baixo consumo de energia, dispositivos de memória não volátil.
Loop de histerese ferroelétrica (esquerda) e loop de histerese magnética (direita) medidos em temperatura ambiente indicam a coexistência de ferroeletricidade e ferromagnetismo. Crédito:Instituto de Tecnologia de Tóquio
