Prisbilligt multiferroisk materiale

Toyohashi University of Technology har udviklet en ny flydende proces til fremstilling af en overkommelig multiferroisk nanokompositfilm i samarbejde med Japan Fine Ceramics Center, National Institute of Technology Ibaraki College, Internationalt iberisk nanoteknologilaboratorium, Chang'an-universitetet og Universitetet i Erlangen-Nürnberg. Det multiferroiske materiale opnået ved den nye proces har en stærk korrelation mellem de elektriske og magnetiske egenskaber, således forskellige applikationer, såsom lavt strømforbrug, stor hukommelse, rumlig lysmodulator, og unikke sensorer, etc. forventes i fremtiden.

Multiferroiske materialer kombinerer elektriske (ferroelektriske) og magnetiske (ferromagnetiske) egenskaber og har en stærk korrelation mellem disse egenskaber (udviser en magnetoelektrisk effekt), og deres udvikling forventes at realisere mere alsidige og højere ydeevne næste generation af elektriske og magnetiske enheder. I de seneste år, adskillige fremgangsmåder til fremstilling af multiferroiske film, der udviser betydelige magnetoelektriske egenskaber, er blevet rapporteret. Imidlertid, disse processer kræver store og ekstraordinære dyre vakuumenheder, hvilket gør dem upraktiske til fremstilling af materialer med især et stort område. Som resultat, multiferroiske materialer er kun blevet brugt i et meget begrænset anvendelsesområde.

Med denne baggrund, forskergruppen udviklede en proces til fremstilling af et materiale med avancerede multiferroiske egenskaber ved at kombinere flere flydende fase metoder, der er relativt billige og enkle.

Hovedforfatteren, Lektor Go Kawamura fra Toyohashi University of Technology forklarede, "For at fremstille et materiale, der udviser avancerede multiferroiske egenskaber, det er nødvendigt at kombinere ferroelektriske og ferromagnetiske materialer passende og periodisk på nanometerskalaen. I fortiden, nanopillar array-strukturer blev fremstillet på en selvorganiseret måde ved hjælp af gasfasemetoder, og en stor magnetoelektrisk effekt blev observeret i sådanne materialer. Imidlertid, gasfasemetoderne krævede brug af stort og dyrt udstyr, og det var praktisk talt umuligt at øge prøvens areal. Derfor, vi arbejdede på fremstilling af nanopillar array-lignende kompositfilm ved hjælp af kun overkommelige og enkle flydende fase metoder. I den multiferroiske kompositfilm opnået ved den proces, vi udviklede, det præciseres, at der er et lokalt epitaksielt forhold ved grænsefladen mellem de ferroelektriske og de ferromagnetiske materialer, derved frembringer en stor magnetoelektrisk effekt. Sammenlignet med konventionelle gasfaseprocesser, multiferroiske kompositfilm kan produceres til en meget lavere pris og kan bruges til større områder."

Denne undersøgelse var tværfaglig, kræver en række specialer. Derfor, forskergruppen samarbejdede med specialister i dielektriske materialer og magnetiske materialer, specialister i observation af nanostrukturer ved hjælp af elektronmikroskoper, og specialister i væskefasesyntese, blandt andre, fra forskellige institutioner i Japan og i udlandet. Den nye proces blev udviklet ved at kombinere disse avancerede specialer.

Forskerholdet mener, at mere præcis oprettelse af kontrollerede nanostrukturer yderligere kan forbedre den magnetoelektriske effekt, og vil fortsætte med at optimere processen. Ultimativt, holdet planlægger at producere materialer til store arealer, hvilket også er et træk ved den proces, der blev udviklet, og anvende dem på en rumlig lysmodulator for at udvikle applikationer såsom rumlige skærme, der kan bruges til at bygge enorme tredimensionelle billeder.