Des portions du réseau BiFeO3 des phases cycloïdales et colinéaires avec seulement des ions Fe sont montrées à gauche et à droite, respectivement. Les flèches indiquent la direction du moment Fe3+. L'état fondamental de BiFeO3 avait une structure de spin cycloïdale, qui est déstabilisé par substitution de Co pour Fe et à des températures plus élevées. Les moments magnétiques de spin se compensent dans le panneau de gauche, mais le basculement entre les spins voisins conduit à l'apparition d'un faible ferromagnétisme dans le panneau de gauche. Crédit : Institut de technologie de Tokyo
Mémoire informatique traditionnelle, connu sous le nom de DRAM, utilise des champs électriques pour stocker des informations. En DRAM, la présence ou l'absence d'une charge électrique est indiquée soit par le chiffre 1 soit par le chiffre 0. Malheureusement, ce type de stockage d'informations est transitoire et les informations sont perdues lorsque l'ordinateur est éteint. Nouveaux types de mémoire, MRAM et FRAM, utiliser le ferromagnétisme et la ferroélectricité de longue durée pour stocker des informations. Cependant, aucune technologie à ce jour ne combine les deux.
Pour relever ce défi, un groupe de scientifiques dirigé par le professeur Masaki Azuma du Laboratoire des matériaux et des structures de l'Institut de technologie de Tokyo, avec le professeur associé Hajime Hojo de l'Université de Kyushu, auparavant à Tokyo Tech, Le professeur Ko Mibu de l'Institut de technologie de Nagoya et cinq autres chercheurs ont démontré la nature multiferroïque d'un film mince de BiFe1-xCoxO3 (BFCO). Les matériaux multiferroïques présentent à la fois du ferromagnétisme et de la ferroélectricité. Ceux-ci devraient être utilisés comme dispositifs de mémoire à états multiples. Par ailleurs, si les deux ordres sont fortement couplés et que l'aimantation peut être inversée en appliquant un champ électrique externe, le matériau doit fonctionner comme une forme de mémoire magnétique à faible consommation d'énergie.
Les scientifiques précédents avaient spéculé que le film mince ferroélectrique de BFO, un proche parent de BFCO, peut-être aussi ferromagnétique, mais ils ont été contrecarrés par la présence d'impureté magnétique. L'équipe du professeur M. Azuma a synthétisé avec succès des films minces de BFCO en utilisant un dépôt laser pulsé pour effectuer une croissance épitaxiale sur un substrat SrTiO3 (STO). Ils ont ensuite effectué une série de tests pour montrer que le BFCO est à la fois ferroélectrique et ferromagnétique à température ambiante. Ils ont manipulé la direction de la polarisation ferroélectrique en appliquant un champ électrique, et a montré que la structure de spin cycloïdal à basse température, essentiellement le même que celui de BiFeO3, devient colinéaire avec le ferromagnétisme à température ambiante.
À l'avenir, les scientifiques espèrent réaliser un contrôle électrique du ferromagnétisme, qui pourrait être appliqué à faible consommation d'énergie, dispositifs de mémoire non volatile.
La boucle d'hystérésis ferroélectrique (à gauche) et la boucle d'hystérésis magnétique (à droite) mesurées à température ambiante indiquent la coexistence de la ferroélectricité et du ferromagnétisme. Crédit : Institut de technologie de Tokyo
