, Um novo estudo UNSW analisa de forma abrangente a estrutura magnética da ferrita de bismuto de material multiferróico (BiFeO3 — BFO).

A revisão avança a busca da FLEET por eletrônicos de baixa energia, reunindo o conhecimento atual sobre a ordem magnética em filmes BFO, e dando aos pesquisadores uma plataforma sólida para desenvolver ainda mais este material em memórias magnetoelétricas de baixa energia.

O BFO é o único que exibe pedidos magnéticos e eletrônicos (ou seja, é 'multiferróico') à temperatura ambiente, permitindo comutação de baixa energia em dispositivos de armazenamento de dados.

Multiferroics:ordenação magnética e eletrônica combinada para armazenamento de dados de baixa energia

Multiferroics são materiais que possuem mais de um 'parâmetro de pedido'.

Por exemplo, um material magnético exibe a ordem magnética:você pode imaginar que o material é composto de lotes ordenadamente organizados (ordenados), ímãs minúsculos.

Alguns materiais exibem ordem eletrônica - uma propriedade conhecida como ferroeletricidade - que pode ser considerada o equivalente elétrico do magnetismo.

Em um material ferroelétrico, alguns átomos são carregados positivamente, outros são carregados negativamente, e a maneira como esses átomos estão dispostos no material dá uma ordem específica para a carga do material.

Na natureza, uma pequena fração de materiais conhecidos possui ordem magnética e ferroelétrica (como é o caso do BFO) e são, portanto, referidos como materiais multiferróicos.

O acoplamento entre a ordem magnética e ferroelétrica em um material multiferróico desbloqueia física interessante e abre o caminho para aplicações como eletrônica de eficiência energética, por exemplo, em dispositivos de memória não volátil.

Os estudos da FLEET enfocam o uso potencial de tais materiais como um mecanismo de comutação.

O armazenamento de dados em discos rígidos tradicionais depende da mudança do estado magnético de cada bit:de zero, para um, a zero. Mas é preciso uma quantidade relativamente grande de energia para gerar o campo magnético necessário para fazer isso.

Em uma 'memória multiferróica, 'o acoplamento entre a ordem magnética e ferroelétrica poderia permitir' inversão 'do estado de um bit pelo campo elétrico, em vez de um campo magnético.

Os campos elétricos são muito menos dispendiosos energeticamente do que os campos magnéticos, então a memória multiferróica seria uma vitória significativa para a eletrônica de ultra-baixa energia, um objetivo fundamental na FLEET.

BFO:um material multiferróico único

A ferrita de bismuto (BFO) é única entre os multiferróicos:seus magnéticos e ferroelétricos persistem até a temperatura ambiente. A maioria dos multiferróicos exibe ambos os parâmetros de ordem muito abaixo da temperatura ambiente, tornando-os impraticáveis ​​para eletrônicos de baixa energia.

(Não adianta projetar eletrônicos de baixa energia se custa mais energia para resfriar o sistema do que você economiza em operação.)

O novo estudo da UNSW analisa a estrutura magnética da ferrita de bismuto; em particular, quando é cultivado como uma fina camada de cristal único em um substrato.

O artigo examina a complicada ordem magnética do BFO, e as muitas ferramentas experimentais diferentes usadas para sondar e ajudar a entendê-lo.

Multiferroics é um tópico desafiador. Por exemplo, para pesquisadores que tentam entrar no campo, é muito difícil obter uma imagem completa do magnetismo do BFO a partir de qualquer referência.

"Então, decidimos escrevê-lo, "diz o Dr. Daniel Sando." Estávamos na posição perfeita para o fazer, já que tínhamos todas as informações em nossas cabeças, Stuart escreveu um capítulo de revisão de literatura, e tínhamos a formação necessária combinada de física para explicar os conceitos importantes de uma maneira estilo tutorial. "

O resultado é um abrangente, completo, e artigo de revisão detalhado que atrairá atenção significativa dos pesquisadores e servirá como uma referência útil para muitos.

O co-autor principal, Dr. Stuart Burns, explica o que os novos pesquisadores no campo dos multiferróicos ganharão com o artigo:

"Estruturamos a análise como um pacote inicial de construção do seu próprio experimento:os leitores serão conduzidos pela cronologia do BFO, uma seleção de técnicas a serem utilizadas (junto com as vantagens e armadilhas de cada uma) e várias maneiras interessantes de modificar a física em jogo. Com essas peças no lugar, experimentalistas saberão o que esperar, e pode se concentrar na engenharia de novos dispositivos de baixo consumo de energia e arquiteturas de memória. "

O outro autor principal, Oliver Paull, diz "Esperamos que outros pesquisadores em nosso campo usem este trabalho para treinar seus alunos, aprenda as nuances do material, e ter um artigo de referência completo que contém todas as referências pertinentes - o último em si uma contribuição extremamente valiosa. "

O professor Nagy Valanoor acrescentou "O aspecto mais gratificante deste artigo foi seu estilo como um capítulo de livro didático. Não deixamos pedra sobre pedra!"

O documento de discussão inclui a incorporação de BFO em dispositivos funcionais que usam o acoplamento cruzado entre ferroeletricidade e magnetismo, e campos muito novos, como spintrônica antiferromagnética, onde a propriedade mecânica quântica do spin do elétron pode ser usada para processar informações.

"O Guia do Experimentalista para o Ciclóide, ou Antiferromagnetismo não colinear em Epitaxial BiFeO ₃ "foi publicado em Materiais avançados em setembro de 2020.

A equipe de Nagarajan ('Nagy') Valanoor na UNSW Sydney estudou exaustivamente BFO e outros materiais ferroicos, ganhando uma ampla apreciação por estudos relevantes, e fazendo eles próprios avanços significativos.

A equipe sintetiza heteroestruturas ferroelétricas e ferromagnéticas e novos óxidos topológicos usados ​​por outros pesquisadores da FLEET que buscam transistores de baixa energia, dentro do Tema de Pesquisa 1 do Centro e Tecnologia de Capacitação A.