Rumtemperatur multiferroiske tynde film og deres egenskaber

Forskere ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) og Tohoku University har udviklet epitaksiale GFO-film af høj kvalitet og systematisk undersøgt deres ferroelektriske og ferromagnetiske egenskaber. De demonstrerede også magnetokapacitansvirkningerne ved stuetemperatur af disse GFO-tynde film.

Multiferroiske materialer viser magnetisk drevet ferroelektricitet. De har fascinerende egenskaber, såsom magnetiske (elektriske) feltstyrede ferroelektriske (ferromagnetiske) egenskaber og kan bruges i nye teknologiske applikationer såsom hurtigskrivning, strømbesparende, og ikke -destruktiv datalagring. Imidlertid, fordi multiferroicitet typisk observeres ved lave temperaturer, det er yderst ønskeligt at udvikle multiferroiske materialer, der kan observeres ved stuetemperatur.

Ga _x Fe _2-x O ₃ , eller GFO for kort, er et lovende multiferroisk materiale ved stuetemperatur på grund af dets store magnetisering. GFO tynde film er allerede blevet fremstillet med succes, og deres polarisationsskift ved stuetemperatur er blevet påvist. Imidlertid, deres ferroelektriske og ferromagnetiske egenskaber skal kontrolleres for at realisere bedre magnetoelektriske egenskaber og anvendelser af GFO -film. For at kontrollere disse egenskaber, det er vigtigt at forstå forholdet mellem den sammensatte sammensætning på hvert kationsted og den originale karakter.

Derfor, forskergruppen ledet af Mitsuru Ito ved Tokyo Tech satte sig for systematisk at undersøge multiferroicitet som en funktion af kompositionsforholdet mellem Ga og Fe i GFO -film. Specifikt, de studerede de ferroelektriske egenskaber ved GFO -filmene ved hjælp af piezoresponse kraftmikroskopi, og fandt ud af, at Ga _x Fe _2-x O ₃ film med x =1 og 0,6 viser ferroelektricitet ved stuetemperatur. Piezoresponsefasen kan vendes 180 °, når en spænding på mere end 4,5 V påføres. Denne adfærd er typisk for ferroelektriske materialer og er en stærk indikator for tilstedeværelsen af ​​omskiftelig polarisering i filmen ved stuetemperatur.

Forskerne bekræftede også ferrimagnetisme ved rumtemperatur af filmene gennem magnetisk karakterisering. Endelig, de var i stand til at demonstrere rumtemperatur-magnetokapacitansvirkningerne af GFO-filmene. De rapporterede, at ved at ændre x, det tvangsmæssige elektriske felt, tvangskraft, og mættede magnetismeværdier kunne kontrolleres. De viste også, at de ferroelektriske og magnetiske intervaller af jernoxider af GFO-typen adskiller sig fra de velkendte rumtemperatur multiferroiske BiFeO ₂ og kan udvide sorten af ​​rumtemperatur multiferroiske materialer.