Χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση διπλής υποκατάστασης κατιόντων, ερευνητές στο Science Tokyo εισήγαγαν τον σιδηρομαγνητισμό στον φερρίτη βισμούθιου, ένα γνωστό και πολλά υποσχόμενο πολυσιδηροϊκό υλικό για τεχνολογίες μνήμης επόμενης γενιάς.
Αντικαθιστώντας τα ιόντα τόσο στις θέσεις βισμουθίου όσο και σιδήρου με ιόντα ασβεστίου και βαρύτερα στοιχεία, τροποποίησαν τη δομή του σπιν και πέτυχαν σιδηρομαγνητισμό σε θερμοκρασία δωματίου. Επιπλέον, παρατηρήθηκε αρνητική θερμική διαστολή. Αυτή η ικανότητα μηχανικής μαγνητισμού και θερμικής διαστολής σε ένα πολυσιδηροϊκό υλικό βοηθά στην υλοποίηση μελλοντικών συσκευών μνήμης.
Μηχανική ασθενούς σιδηρομαγνητισμού και θερμικής διαστολής σε φερρίτη βισμουθίου (BiFeO3)
Τα πολυσιδηροϊκά υλικά, τα οποία εμφανίζουν τόσο σιδηροηλεκτρισμό όσο και σιδηρομαγνητισμό, έχουν ισχυρό δυναμικό για χρήση σε συσκευές μνήμης χαμηλής ισχύος όπου οι πληροφορίες μπορούν να εγγραφούν ηλεκτρικά και να διαβαστούν μαγνητικά. Μεταξύ αυτών των υλικών, ο φερρίτης βισμουθίου (BiFeO3 ) είναι ένα από τα πιο ευρέως μελετημένα επειδή συνδυάζει σιδηροηλεκτρισμό με αντισιδηρομαγνητισμό σε θερμοκρασία δωματίου.
Ωστόσο, το BiFeO3 σχηματίζει φυσικά μια κυκλοειδή δομή σπιν , η οποία είναι ένα κυματοειδές μοτίβο περιστρεφόμενων σπιν. Αυτό το μοτίβο ακυρώνει οποιαδήποτε καθαρή μαγνήτιση και καθιστά το υλικό δύσκολο στη χρήση σε μαγνητικές συσκευές.
Σιδηρομαγνητισμός
Θεωρητικές μελέτες έχουν από καιρό υποδείξει ότι εάν αφαιρεθεί αυτή η κυκλοειδής διαμόρφωση, τα κεκλιμένα σπιν θα παράγουν τον ασθενή σιδηρομαγνητισμό που απαιτείται για εφαρμογές.
Προηγούμενες προσπάθειες για τη διάσπαση του κυκλοειδούς επικεντρώθηκαν στην αντικατάσταση ιόντων σιδήρου με ιόντα κοβαλτίου. Αυτή η προσέγγιση άλλαξε με επιτυχία τη διάταξη σπιν από ένα κυκλοειδές μοτίβο σε ένα κεκλιμένο αντισιδηρομαγνητικό με σιδηρομαγνητική συμπεριφορά. Η επιτυχία αυτής της μεθόδου ώθησε τους ερευνητές προς μια νέα ιδέα: η χρήση στοιχείων με ισχυρότερη σύζευξη σπιν-τροχιάς θα μπορούσε να ενισχύσει ακόμη περισσότερο τις μαγνητικές ιδιότητες.
Ακολουθώντας αυτήν την ιδέα, μια ερευνητική ομάδα πραγματοποίησε έναν νέο τύπο διπλής υποκατάστασης. Επικεφαλής της ομάδας ήταν ο καθηγητής Masaki Azuma από το Ινστιτούτο Ολοκληρωμένης Έρευνας στο Ινστιτούτο Επιστημών του Τόκιο (Science Tokyo), Ιαπωνία, και η Sumitomo Chemical Co. Ltd., μαζί με τους μεταπτυχιακούς φοιτητές Kano Hatayama και Jun Miyake και συνεργάτες από το Ινστιτούτο Βιομηχανικής Επιστήμης και Τεχνολογίας Kanagawa, Πανεπιστήμιο του Κιότο, το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Nagoya και το Ιαπωνικό Ινστιτούτο Έρευνας Ακτινοβολίας Σύγχροτρον, Ιαπωνία.
