Os pesquisadores demonstraram com sucesso que as partículas hipotéticas propostas por Franz Preisach em 1935 realmente existem. Em um artigo publicado em Nature Communications , cientistas das universidades de Linköping e Eindhoven mostram por que os materiais ferroelétricos agem dessa maneira.

Ferroeletricidade é o gêmeo menos conhecido do ferromagnetismo. Ferro, cobalto e níquel são exemplos de materiais ferromagnéticos comuns. Os elétrons em tais materiais funcionam como pequenos ímãs, dipolos, com um pólo norte e um pólo sul. Em um ferroelétrico, os dipolos são elétricos em vez de magnéticos, e tem um pólo positivo e um pólo negativo.

Na ausência de um campo magnético aplicado (para um ferromagneto) ou elétrico (para um ferroelétrico), a orientação dos dipolos é aleatória. Quando um campo suficientemente forte é aplicado, os dipolos se alinham com ele. Este campo é conhecido como campo crítico (ou coercitivo). Surpreendentemente, em um material ferroico, o alinhamento permanece quando o campo é removido, e o material está permanentemente polarizado. Para mudar a direção da polarização, um campo pelo menos tão forte quanto o campo crítico deve ser aplicado na direção oposta. Esse efeito é conhecido como histerese - o comportamento do material depende do que já aconteceu com ele. A histerese torna esses materiais altamente adequados como memória regravável, por exemplo, em discos rígidos.

Em um material ferroelétrico ideal, toda a peça muda sua polarização quando o campo crítico é atingido e o faz com uma velocidade bem definida. Em materiais ferroelétricos reais, diferentes partes do material trocam a polarização em diferentes campos críticos, e em velocidades diferentes. Compreender essa não idealidade é a chave para a aplicação na memória do computador.

Um modelo para ferroeletricidade e ferromagnetismo foi desenvolvido pelo pesquisador alemão Franz Preisach já em 1935. O modelo puramente matemático de Preisach descreve materiais ferroicos como uma grande coleção de pequenos, módulos independentes chamados hysterons. Cada histeron mostra um comportamento ferroico ideal, mas tem seu próprio campo crítico que pode variar de hysteron para hysteron. É geralmente aceito que o modelo fornece uma descrição precisa de materiais reais, mas os cientistas não compreenderam a física sobre a qual o modelo foi construído. Quais são os histerões? Por que seus campos críticos diferem tanto? Em outras palavras, por que os materiais ferroelétricos agem dessa maneira?

Grupo de pesquisa do Professor Martijn Kemerink (Materiais e Dispositivos Complexos da LiU), em colaboração com pesquisadores da Universidade de Eindhoven, agora estudou dois sistemas de modelos ferroelétricos orgânicos e encontrou a explicação. As moléculas nos materiais ferroelétricos orgânicos estudados gostam de ficar umas sobre as outras, formando pilhas cilíndricas de cerca de um nanômetro de largura e vários nanômetros de comprimento.

"Podemos provar que essas pilhas são, na verdade, os histerons procurados. O truque é que elas têm tamanhos diferentes e interagem fortemente entre si, uma vez que estão muito próximas. Além de seu próprio tamanho único, cada pilha, portanto, sente um ambiente diferente de outras pilhas, o que explica a distribuição Preisach, "diz Martijn Kemerink.

Os pesquisadores mostraram que a comutação não ideal de um material ferroelétrico depende de sua nanoestrutura, em particular, quantas pilhas interagem entre si, e os detalhes da maneira como eles fazem isso.

"Tivemos que desenvolver novos métodos para medir a mudança de histerons individuais para testar nossas ideias. Agora que mostramos como as moléculas interagem umas com as outras em escala nanométrica, podemos prever a forma da curva de histerese. Isso também explica por que o fenômeno age daquela maneira. Mostramos como a distribuição de histeron surge em dois materiais ferroelétricos orgânicos específicos, mas é bem provável que este seja um fenômeno geral. Estou extremamente orgulhoso de meus alunos de doutorado, Indre Urbanaviciute e Tim Cornelissen, que conseguiram isso, "diz Martijn Kemerink.

Os resultados podem orientar o design de materiais para novos, as chamadas memórias multibits, e são mais um passo no caminho para as pequenas e flexíveis memórias do futuro.