Ett team från Immanuel Kant Baltic Federal University (BFU) tillsammans med en internationell vetenskaplig grupp har studerat en korrelation mellan strukturen hos keramiska material baserade på vismutferrit (BiFeO3) och deras magnetiska egenskaper. I sitt arbete, forskarna fastställde de faktorer som påverkar strukturell utveckling av material och förändringar i deras magnetiska beteende. Arbetet ska bidra till att skapa nya keramiska material med givna egenskaper. Artikeln publicerades i Journal of Physics and Chemistry of Solids .

Strukturen hos vismutferrit liknar den hos perovskit, ett kalcium- och titanbaserat mineral, men innehåller också syreatomer. Välkända högtemperatursupraledare (d.v.s. material som kan leda ström utan motstånd vid vissa temperaturer) har samma struktur. Många material med perovskitliknande kristallnät används som solenergiprocessorer.

När joner av olika grundämnen tillsätts till källan till vismutferrit, det leder till förändringar i dess kristallgitter och därför i fysikaliska egenskaper. BFU-fysiker tillsatte joner av metaller (kalcium, mangan, titan, och niob) och mätte materialets magnetiska egenskaper. Det visade sig att införandet av nya atomer leder till komprimering av kristallgittret oavsett typen av övergångselement. Detta, i tur och ordning, följs av förändringar i materialets magnetiska struktur. Det förlorar spontan polarisering, dvs. dipolmoment för atomerna som bestämmer riktningen för elektriska krafter berövas fast orientering i frånvaro av ett yttre elektriskt fält.

När atomer av andra metaller läggs till vismutferrit, den senare förlorar också sina ferromagnetiska egenskaper:Dipolmoment hos atomer är inte längre riktade mot varandra. Dessutom, när kalcium tillsätts till niob eller titan, materialets magnetiska struktur blir ferromagnetisk:Dipolmomenten blev samriktade. Efter att påverkan av ett magnetfält upphörde, dessa prover visade kvarvarande magnetism, en egenskap som är typisk för ferromagnetiska material.

"Vi har visat att de magnetiska egenskaperna hos vismutferritbaserade material till stor del bestäms av strukturella förvrängningar orsakade av substitutioner, gallerdefekter, och arten av utbytesinteraktion mellan järnatomerna, syre, och övergångsmetallen. Svaga ferromagnetiska tillstånd som inträffade när kalcium tillsattes materialet tillsammans med titan eller niob, förklaras av reaktionen mellan magnetiska atomer som går genom de icke-magnetiska. Vanligtvis, det beaktas inte på grund av dess ringa värden, men i fallet med ferromagnetiska material kan det orsaka avsevärda fluktuationer i materialets magnetiska beteende, säger Vadim Sikolenko, en medförfattare till verket, kandidat för fysik och matematik, och seniorforskare vid Forsknings- och utbildningscentrum för funktionella nanomaterial.