Criado multiferroico que opera a temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica -  03/10/2016

O material é construído camada por camada, aplicando seletivamente os compostos usando uma técnica que parece uma "pintura atômica" - observe a dupla camada roxa, que representa a camada extra de óxido de ferro que ajusta o comportamento do material. [Imagem: Emily Ryan/Megan Holtz]

Multiferroico

Há cerca de dois anos, abriu-se uma nova fronteira no campo dos materiais usados para processamento e armazenamento de dados com a descoberta de um material multiferroico operando a temperatura ambiente.

Multiferroicos são materiais que apresentam simultaneamente ordens magnéticas e elétricas, o que significa que seu magnetismo pode ser controlado eletricamente, ou sua condução elétrica pode ser controlada magneticamente, trazendo novos graus de liberdade para o projeto de dispositivos digitais.

Naquele trabalho, a equipe havia descoberto como controlar o magnetismo aplicando uma pequena corrente elétrica em um material chamado ferrita de bismuto.

Agora eles deram mais um passo rumo a aplicações práticas ao combinar dois materiais que individualmente não são multiferroicos, mas que, ao se juntarem, criam uma sinergia que os faz funcionarem como um multiferroico de pleno direito, a temperatura ambiente.

"Nosso trabalho mostrou que um mecanismo inteiramente diferente está ativo neste material, dando-nos esperança para futuros multiferroicos ainda melhores - de temperaturas mais altas e ainda mais fortes," disse o professor Darrell Schlom, da Universidade de Cornell.

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Pintura com átomos

A equipe começou com filmes finos de óxido de ferro-lutécio hexagonal (LuFeO3), um material conhecido por ser um forte ferroelétrico, mas não fortemente magnético. O LuFeO3 consiste de monocamadas alternadas de óxido de lutécio e óxido de ferro, sendo diferente do seu parente LuFe2O4, formado por monocamadas de óxido de lutécio alternadas com camadas duplas de óxido de ferro, o que é suficiente para torná-lo fortemente ferromagnético.

O que a equipe descobriu é que a combinação destes dois materiais resulta em um novo composto que não apenas é multiferroico, como também apresenta propriedades muito superiores às de qualquer um dos componentes individuais. Em particular, basta adicionar uma monocamada extra de óxido de ferro a cada 10 repetições atômicas do LuFeO3 para alterar drasticamente as propriedades do sistema.

O desafio a seguir será produzir o material em grande escala, já que a equipe usou uma técnica de deposição das camadas atômicas que parece uma "pintura com átomos", chamada feixe molecular epitaxial.

Promessas dos multiferroicos

Em dispositivos eletrônicos, as vantagens dos multiferroicos incluem uma rápida reversibilidade de polarização em resposta a campos elétricos de baixa potência - em oposição às fortes correntes elétricas geradoras de calor - e sua capacidade de manter a polarização depois que a energia é desligada.

Os melhores chips de memória atuais utilizam materiais ferroelétricos ou ferromagnéticos. A expectativa é que os materiais multiferroicos possam viabilizar uma nova geração desses componentes - não-voláteis, de baixo consumo e que não esquentam.

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Bibliografia:

Atomically engineered ferroic layers yield a room-temperature magnetoelectric multiferroic
Julia A. Mundy, Charles M. Brooks, Megan E. Holtz, Jarrett A. Moyer, Hena Das, Alejandro F. Rébola, John T. Heron, James D. Clarkson, Steven M. Disseler, Zhiqi Liu, Alan Farhan, Rainer Held, Robert Hovden, Elliot Padgett, Qingyun Mao, Hanjong Paik, Rajiv Misra, Lena F. Kourkoutis, Elke Arenholz, Andreas Scholl, Julie A. Borchers, William D. Ratcliff, Ramamoorthy Ramesh, Craig J. Fennie, Peter Schiffer, David A. Muller, Darrell G. Schlom
Nature
Vol.: 537 (7621): 523
DOI: 10.1038/nature19343