Un nuevo estudio de la UNSW revisa exhaustivamente la estructura magnética del material multiferroico ferrita de bismuto (BiFeO 3 – BFO)
Los macrodatos y las demandas exponenciales de computación están impulsando un aumento insostenible en el uso global de energía de las TIC. Un nuevo estudio revisa el uso del material ‘multiferroico’ bismuto-ferrita, que permite la conmutación de baja energía en dispositivos de almacenamiento de datos y podría aplicarse en una futura generación de electrónica de energía ultrabaja.
La revisión avanza la búsqueda de FLEET de productos electrónicos de baja energía, reuniendo el conocimiento actual sobre el orden magnético en las películas BFO y brindando a los investigadores una plataforma sólida para desarrollar aún más este material en memorias magnetoeléctricas de baja energía.
BFO es único en el sentido de que muestra el orden tanto magnético como electrónico (es decir, es «multiferroico») a temperatura ambiente, lo que permite la conmutación de baja energía en los dispositivos de almacenamiento de datos.
MULTIFERROICS: PEDIDOS MAGNÉTICOS Y ELECTRÓNICOS COMBINADOS PARA EL ALMACENAMIENTO DE DATOS DE BAJA ENERGÍA
Multiferroics son materiales que tienen más de un ‘parámetro de orden’.
Por ejemplo, un material magnético muestra un orden magnético: puedes imaginar que el material está formado por muchos imanes diminutos perfectamente dispuestos (ordenados).
Diagrama cicloide BFO
Giro (orden magnético) en los ciclos de bismuto-ferrita del material ferroico múltiple a través del cristal, lo que ofrece una aplicación potencial en campos de la electrónica emergente como la magnónica
Algunos materiales muestran un orden electrónico, una propiedad conocida como ferroelectricidad, que puede considerarse el equivalente eléctrico del magnetismo.
En un material ferroeléctrico, algunos átomos están cargados positivamente, otros están cargados negativamente, y la forma en que estos átomos están dispuestos en el material da un orden específico a la carga en el material.
En la naturaleza, una pequeña fracción de los materiales conocidos poseen un orden tanto magnético como ferroeléctrico (como es el caso del BFO) y, por lo tanto, se denominan materiales multiferroicos.
El acoplamiento entre el orden magnético y ferroeléctrico en un material multiferroico desbloquea una física interesante y abre el camino para aplicaciones como la electrónica energéticamente eficiente, por ejemplo, en dispositivos de memoria no volátil.
Los estudios de FLEET se centran en el uso potencial de dichos materiales como mecanismo de conmutación.
Los materiales ferroeléctricos pueden considerarse el equivalente eléctrico de un imán permanente, que posee una polarización espontánea. Esta polarización es conmutable por un campo eléctrico.
El almacenamiento de datos en discos duros tradicionales se basa en cambiar el estado magnético de cada bit: de cero a uno a cero. Pero se necesita una cantidad relativamente grande de energía para generar el campo magnético necesario para lograrlo.
En una ‘memoria multiferroica’, el acoplamiento entre el orden magnético y ferroeléctrico podría permitir el ‘cambio’ del estado de un bit por campo eléctrico, en lugar de un campo magnético.
Los campos eléctricos son mucho menos costosos energéticamente de generar que los campos magnéticos, por lo que la memoria multiferroica sería una ventaja significativa para la electrónica de energía ultrabaja, un objetivo clave en FLEET.
BFO: UN MATERIAL MULTIFERROICO ÚNICO
La ferrita de bismuto (BFO) es única entre los multiferroicos: sus magnéticos y ferroeléctricos persisten hasta la temperatura ambiente. La mayoría de los multiferroicos solo exhiben ambos parámetros de orden muy por debajo de la temperatura ambiente, lo que los hace poco prácticos para la electrónica de baja energía.
(No tiene sentido diseñar dispositivos electrónicos de bajo consumo si le cuesta más energía enfriar el sistema de la que ahorra en funcionamiento).
EL ESTUDIO
El coautor, el Dr. Dan Sando, prepara materiales para estudiar en la UNSW
El nuevo estudio de la UNSW revisa la estructura magnética de la ferrita de bismuto; en particular, cuando se cultiva como una fina capa monocristalina sobre un sustrato.
El artículo examina el complicado orden magnético de BFO y las diferentes herramientas experimentales que se utilizan para investigarlo y ayudar a comprenderlo.
Multiferroics es un tema desafiante. Por ejemplo, para los investigadores que intentan ingresar al campo, es muy difícil obtener una imagen completa del magnetismo del BFO a partir de una sola referencia.
«Así que decidimos escribirlo», dice el Dr. Daniel Sando. «Estábamos en la posición perfecta para hacerlo, ya que teníamos toda la información en la cabeza, Stuart escribió un capítulo de revisión de la literatura y teníamos la experiencia combinada de física necesaria para explicar los conceptos importantes en forma de tutorial».
El resultado es un artículo de revisión completo, completo y detallado que atraerá una atención significativa de los investigadores y servirá como referencia útil para muchos.
El coautor principal, el Dr. Stuart Burns, explica lo que los nuevos investigadores en el campo de los multiferroicos obtendrán del artículo:
«Estructuramos la revisión como un paquete de inicio para construir su propio experimento: los lectores conocerán la cronología de BFO, una selección de técnicas para utilizar (junto con las ventajas y desventajas de cada una) y varias formas interesantes de modificar la física Con estas piezas en su lugar, los experimentadores sabrán qué esperar y podrán concentrarse en diseñar nuevos dispositivos de baja energía y arquitecturas de memoria «.
El otro autor principal, Oliver Paull, dice: «Esperamos que otros investigadores de nuestro campo utilicen este trabajo para capacitar a sus estudiantes, aprender los matices del material y tener un artículo de referencia integral que contenga todas las referencias pertinentes: el este último en sí mismo una contribución extremadamente valiosa «.
La profesora Nagy Valanoor agregó: «El aspecto más satisfactorio de este artículo fue su estilo como capítulo de un libro de texto. ¡No dejamos piedra sin remover!»
El documento de discusión incluye la incorporación de BFO en dispositivos funcionales que utilizan el acoplamiento cruzado entre ferroelectricidad y magnetismo, y campos muy nuevos como la espintrónica antiferromagnética, donde la propiedad de la mecánica cuántica del espín del electrón se puede utilizar para procesar información.
Fuente: ARC Center of Excellence in Future Low-Energy Electronics Technologies
