I ferroelektriska material snedvrider kristallstrukturen, vilket ger upphov till en spontant bildad polarisering och elektriskt fält. På grund av denna unika egendom, ferroelektrisk kan hittas i allt från ultraljudsmaskiner och dieselbränsleinsprutare till datorminne. Ferroelektriska material ligger bakom några av de mest avancerade tekniker som finns tillgängliga idag. Fynd som ferroelektricitet kan observeras i material som uppvisar andra spontana övergångar, som ferromagnetism, har gett upphov till en ny klass av dessa material, känd som hybrid felaktig ferroelektrisk. Egenskaperna för denna typ av material, dock, är fortfarande långt ifrån fullt förstås. Nya fynd publicerade i Tillämpad fysikbokstäver , hjälpa till att lysa upp dessa material och indikera potential för nya optoelektroniska och lagringsapplikationer.

Ett team av forskare från Kina har kännetecknat en typ av felaktig hybrid ferroelektrisk, Ca3Mn2O7. Gruppen undersökte materialets ferroelektriska, magnetoelektriska och optiska egenskaper. De kunde visa ferroelektricitet i Ca3Mn2O7 samt koppling mellan dess magnetism och ferroelektricitet, en nyckelegenskap som har potential att möjliggöra snabbare och effektivare bitoperationer i datorer.

"Vårt arbete löser ett långsiktigt pussel på detta område, som kan driva fram gränserna och öka förtroendet för att fortsätta forskningen inom detta område, "sade Shuai Dong, en författare på tidningen.

Som batterier, till exempel, ferroelektriska har positivt och negativt laddade poler. Ett viktigt kännetecken för dessa material, dock, är att denna polarisering kan vändas genom att använda ett externt elektriskt fält.

"Detta kan vara användbart eftersom det kan användas i enheter för att lagra information som enor och nollor, "Sa Dong." Också, omkopplingen av polarisering kan generera ström, som kan användas i sensorer. "

Till skillnad från traditionell ferroelektrisk, som direkt härleder sina egenskaper från polära snedvridningar i materialets kristallgitter, hybrid felaktig ferroelektricitet genererar polarisering från en kombination av opolära snedvridningar.

När hybride felaktiga ferroelektriker först teoretiserades 2011, två material föreslogs. Under åren sedan, icke -magnetiska Ca3Ti2O7¬ -kristaller demonstrerades experimentellt, men en fullständig karakterisering av dess magnetiska motsvarighet, Ca3Mn2O7, förblev svårfångade.

"Flera övergångar såväl som fasseparationer visades i Ca3Mn2O7, gör det mer komplext än de tidiga teoretiska förväntningarna, "Sade Dong." Detta material är komplext, och läckaget är allvarligt, vilket förhindrar direkt mätning av dess ferroelektricitet vid hög temperatur. "

För att ytterligare förstå Ca3Mn2O7, Dong och hans medarbetare bekräftade materialets ferroelektricitet med hjälp av pyroelektriska mätningar som undersöker dess elektriska egenskaper över ett intervall av temperaturer samt uppmätta Ca3Mn2O7s ferroelektriska hystereslingor, en metod som mildrar en del yttre läckage. Ytterligare undersökning visade att Ca3Mn2O7 uppvisar en svag ferromagnetism som kan moduleras av ett elektriskt fält.

Det visade sig att Ca3Mn2O7, ett material som länge ryktats ha ferroelektriska och magnetoelektriska egenskaper, uppvisade också stark synlig ljusabsorption i ett bandgap som är väl lämpat för fotoelektriska enheter. Denna funktion hos Ca3Mn2O7 kan bana väg för materialet som ska användas i allt från fotovoltaiska celler till ljussensorer med det inbyggda elektriska fältet som leder till större fotogenererad spänning än dagens enheter.

"Det mest överraskande för oss var att ingen märkte dess framträdande ljusabsorbering tidigare, "Sa Dong.

I framtiden, Dong sa att han hoppas kunna utforska Ca3Mn2O7s fotoelektriska egenskaper samt undersöka om införande av järn i kristallen skulle förstärka dess magnetism.