Em materiais ferroelétricos, a estrutura do cristal distorce, dando origem a uma polarização formada espontaneamente e a um campo elétrico. Por causa dessa propriedade única, os ferroelétricos podem ser encontrados em qualquer coisa, desde máquinas de ultrassom e injetores de combustível diesel até memórias de computador. Os materiais ferroelétricos estão por trás de algumas das tecnologias mais avançadas disponíveis atualmente. Descobertas de que a ferroeletricidade pode ser observada em materiais que exibem outras transições espontâneas, como ferromagnetismo, deram origem a uma nova classe desses materiais, conhecido como ferroelétrico impróprio híbrido. As propriedades deste tipo de material, Contudo, ainda estão longe de serem totalmente compreendidos. Novas descobertas publicadas em Cartas de Física Aplicada , ajudam a iluminar esses materiais e indicam o potencial para novas aplicações optoeletrônicas e de armazenamento.

Uma equipe de pesquisadores da China caracterizou um tipo de híbrido ferroelétrico impróprio, Ca3Mn2O7. O grupo investigou o ferroelétrico do material, propriedades magnetoelétricas e ópticas. Eles foram capazes de demonstrar ferroeletricidade em Ca3Mn2O7, bem como o acoplamento entre seu magnetismo e ferroeletricidade, uma propriedade-chave com potencial para permitir operações de bits mais rápidas e eficientes em computadores.

"Nosso trabalho resolve um quebra-cabeça de longo prazo neste campo, que poderia avançar as fronteiras e aumentar a confiança para continuar a pesquisa neste campo, "disse Shuai Dong, um autor no papel.

Como baterias, por exemplo, ferroelétricos têm pólos carregados positiva e negativamente. Uma das principais características distintivas desses materiais, Contudo, é que essa polarização pode ser revertida usando um campo elétrico externo.

"Isso pode ser útil porque pode ser usado em dispositivos para armazenar informações como uns e zeros, "Dong disse." Além disso, a troca de polarização pode gerar corrente, que pode ser usado em sensores. "

Ao contrário dos ferroelétricos tradicionais, que derivam diretamente suas propriedades de distorções polares na estrutura do cristal do material, ferroelétricos impróprios híbridos geram polarização a partir de uma combinação de distorções não polares.

Quando o ferroelétrico impróprio híbrido foi teorizado pela primeira vez em 2011, dois materiais foram propostos. Nos anos desde então, cristais não magnéticos de Ca3Ti2O7¬ foram demonstrados experimentalmente, mas uma caracterização completa de sua contraparte magnética, Ca3Mn2O7, permaneceu indescritível.

"Transições múltiplas, bem como separações de fase foram evidenciadas no Ca3Mn2O7, tornando-o mais complexo do que as expectativas teóricas iniciais, "Dong disse." Este material é complexo, e o vazamento é sério, o que impede a medição direta de sua ferroeletricidade em alta temperatura. "

Para entender melhor o Ca3Mn2O7, Dong e seus colaboradores confirmaram a ferroeletricidade do material usando medições piroelétricas que examinam suas propriedades elétricas em uma faixa de temperaturas, bem como os loops de histerese ferroelétrica do Ca3Mn2O7 medidos, um método que mitiga algum vazamento extrínseco. Outras investigações mostraram que o Ca3Mn2O7 exibe um ferromagnetismo fraco que pode ser modulado por um campo elétrico.

Verificou-se que Ca3Mn2O7, um material que há muito se diz ter propriedades ferroelétricas e magnetoelétricas, também exibiu forte absorção de luz visível em um gap bem adequado para dispositivos fotoelétricos. Esse recurso do Ca3Mn2O7 pode abrir caminho para o material a ser usado em qualquer coisa, desde células fotovoltaicas a sensores de luz com o campo elétrico embutido levando a uma tensão fotogerada maior do que os dispositivos atuais.

"O mais surpreendente para nós foi que ninguém notou sua absorção de luz proeminente antes, "Dong disse.

No futuro, Dong disse que espera explorar as propriedades fotoelétricas do Ca3Mn2O7, bem como investigar se a introdução de ferro no cristal aumentaria seu magnetismo.