Materiais ferromagnéticos têm um campo magnético autogerador, materiais ferroelétricos geram seu próprio campo elétrico. Embora os campos elétrico e magnético estejam relacionados, a física nos diz que são classes de materiais muito diferentes. Agora, a descoberta por cientistas liderados pela Universidade de Warwick de um padrão elétrico complexo semelhante a um 'vórtice' que espelha sua contraparte magnética sugere que eles podem realmente ser dois lados da mesma moeda.
Detalhado em um novo estudo para a revista Nature, financiado pelo Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas (EPSRC), parte da Pesquisa e Inovação do Reino Unido, e pela Royal Society, os resultados dão a primeira evidência de um processo em materiais ferroelétricos comparável à interação Dzyaloshinskii-Moriya em ferromagnetos. Essa interação em particular desempenha um papel fundamental na estabilização de estruturas magnéticas topológicas, como skyrmions, e pode ser crucial para novas tecnologias eletrônicas potenciais explorando seus análogos elétricos.

Cristais ferroelétricos a granel têm sido usados ​​por muitos anos em uma variedade de tecnologias, incluindo sonar, transdutores de áudio e atuadores. Todas essas tecnologias exploram os dipolos elétricos intrínsecos e sua inter-relação entre a estrutura cristalina do material e os campos aplicados.

Para este estudo, os cientistas criaram uma película fina de titanato de chumbo ferroelétrico entre camadas do rutenato de estrôncio ferromagnético, cada uma com cerca de 4 nanômetros de espessura – apenas o dobro da espessura de uma única fita de DNA.

Enquanto os átomos dos dois materiais formam uma única estrutura cristalina contínua, na camada de titanato de chumbo ferroelétrico a polarização elétrica normalmente formaria múltiplos 'domínios', como um favo de mel. Esses domínios só podem ser observados usando microscopia eletrônica de transmissão de última geração e espalhamento de raios X.

Mas quando a equipe da Universidade de Warwick examinou a estrutura das camadas combinadas, eles viram que os domínios no titanato de chumbo eram uma estrutura topológica complexa de linhas de vórtices, girando alternadamente em diferentes direções.

Comportamento quase idêntico também foi visto em ferroímãs, onde é conhecido por ser gerado pela interação Dzyaloshinskii-Moriya (DMi).

O autor principal, professor Marin Alexe, do Departamento de Física da Universidade de Warwick, disse:"Se você observar como essas características diminuem, a diferença entre ferromagnetismo e ferroeletricidade se torna cada vez menos importante. material único. Isso pode ser artificial e combinar ferromagnetos e ferroelétricos muito pequenos para aproveitar essas características topológicas. É muito claro para mim que estamos na ponta do iceberg até onde esta pesquisa vai chegar."

O co-autor Dorin Rusu, estudante de pós-graduação da Universidade de Warwick, disse:"Perceber que em texturas dipolares ferroelétricas que imitam sua contraparte magnética em tal grau garante mais pesquisas sobre a física fundamental que impulsiona tais semelhanças. Este resultado não é um matéria trivial quando você considera a diferença na origem e intensidade dos campos elétrico e magnético."

A existência desses vórtices já havia sido teorizada anteriormente, mas foi preciso o uso de microscópios eletrônicos de transmissão de ponta na Universidade de Warwick, bem como o uso de síncrotrons em outras quatro instalações, para observá-los com precisão. Essas técnicas permitiram aos cientistas medir a posição de cada átomo com um alto grau de certeza.

A co-autora Professora Ana Sanchez disse:"A microscopia eletrônica é uma técnica revolucionária na compreensão dessas estruturas topológicas. É a ferramenta chave para revelar os meandros desses novos materiais, usando um feixe subatômico de elétrons para gerar imagens de estrutura."

O co-autor Professor Thomas Hase acrescentou:"Acessar instalações de ponta no Reino Unido, Europa e EUA tem sido fundamental para esta pesquisa em particular". + Explorar mais

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