Spontan polarisering verkar vara parallell med c-axeln, medan spontan magnetism verkar vara parallell med a-axeln. Kredit:Ingen
Forskare vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) och Tohoku University har utvecklat högkvalitativa GFO-epitaxialfilmer och systematiskt undersökt deras ferroelektriska och ferromagnetiska egenskaper. De visade också magnetokapacitanseffekterna vid rumstemperatur av dessa GFO-tunna filmer.
Multiferroiska material uppvisar magnetiskt driven ferroelektricitet. De har fascinerande egenskaper som magnetiska (elektriska) fältstyrda ferroelektriska (ferromagnetiska) egenskaper och kan användas i nya tekniska applikationer som snabbskrivning, energibesparing, och icke -destruktiv datalagring. Dock, eftersom multiferroicitet vanligtvis observeras vid låga temperaturer, det är mycket önskvärt att utveckla multiferroiska material som kan observeras vid rumstemperatur.
Ga x Fe 2-x O 3 , eller GFO för kort, är ett lovande multiferroiskt material vid rumstemperatur på grund av dess stora magnetisering. GFO-tunna filmer har redan tillverkats framgångsrikt, och deras polarisationsbyte vid rumstemperatur har visats. Dock, deras ferroelektriska och ferromagnetiska egenskaper måste kontrolleras för att uppnå bättre magnetoelektriska egenskaper och tillämpningar av GFO -filmer. För att kontrollera dessa egenskaper, det är viktigt att förstå förhållandet mellan den sammansatta komponenten på varje katjonplats och den ursprungliga karaktären.
Därför, forskargruppen under ledning av Mitsuru Ito vid Tokyo Tech gav sig ut för att systematiskt undersöka multiferroicitet som en funktion av kompositionsförhållandet mellan Ga och Fe i GFO -filmer. Specifikt, de studerade de ferroelektriska egenskaperna hos GFO -filmerna med hjälp av piezoresponse -kraftmikroskopi, och fann att Ga x Fe 2-x O 3 filmer med x =1 och 0,6 visar ferroelektricitet vid rumstemperatur. Piezoresponsfasen kan vändas 180 ° när en spänning på mer än 4,5 V appliceras. Detta beteende är typiskt för ferroelektriska material och är en stark indikator på förekomsten av omkopplingsbar polarisering i filmen vid rumstemperatur.
Uppifrån vänster till höger, x är lika med a) 0, b) 0,3, c) 0,4, och d) 0,6 vid 300 K. Kredit:Advanced Functional Materials
Forskarna bekräftade också rumstemperatur ferrimagnetism av filmerna genom magnetisk karakterisering. Slutligen, de kunde demonstrera magnetokapacitanseffekterna i rumstemperatur av GFO-filmerna. De rapporterade att genom att ändra x, det elektriska tvångsfältet, tvångskraft, och mättade magnetismvärden kunde kontrolleras. De visade också att ferroelektriska och magnetiska intervall för järnoxider av GFO-typ skiljer sig från de för de välkända rumstemperatur multiferroiska BiFeO 2 och kan utöka sorten av rumstemperatur multiferroiska material.
