Dans les matériaux ferroélectriques, la structure cristalline se déforme, donnant lieu à une polarisation et à un champ électrique spontanément formés. En raison de cette propriété unique, les ferroélectriques peuvent être trouvés dans n'importe quoi, des machines à ultrasons et des injecteurs de carburant diesel à la mémoire d'ordinateur. Les matériaux ferroélectriques sont à l'origine de certaines des technologies les plus avancées disponibles aujourd'hui. Les découvertes que la ferroélectricité peut être observée dans les matériaux qui présentent d'autres transitions spontanées, comme le ferromagnétisme, ont donné naissance à une nouvelle classe de ces matériaux, connu sous le nom de ferroélectriques hybrides inappropriés. Les propriétés de ce type de matériau, cependant, sont encore loin d'être parfaitement compris. De nouvelles découvertes publiées dans Lettres de physique appliquée , aider à faire la lumière sur ces matériaux et indiquer le potentiel de nouvelles applications optoélectroniques et de stockage.
Une équipe de chercheurs chinois a caractérisé un type de ferroélectrique hybride inapproprié, Ca3Mn2O7. Le groupe a étudié les propriétés ferroélectriques du matériau, propriétés magnétoélectriques et optiques. Ils ont pu démontrer la ferroélectricité dans Ca3Mn2O7 ainsi que le couplage entre son magnétisme et la ferroélectricité, une propriété clé qui a le potentiel de permettre des opérations de bits plus rapides et plus efficaces dans les ordinateurs.
"Notre travail résout une énigme à long terme dans ce domaine, qui pourrait repousser les frontières et renforcer la confiance pour continuer la recherche dans ce domaine, " dit Shuai Dong, un auteur sur le papier.
Comme les piles, par exemple, les ferroélectriques ont des pôles chargés positivement et négativement. Un trait distinctif majeur de ces matériaux, cependant, est que cette polarisation peut être inversée en utilisant un champ électrique externe.
"Cela peut être utile car il peut être utilisé dans des appareils pour stocker des informations sous forme de uns et de zéros, " dit Dong. " Aussi, la commutation de polarisation peut générer du courant, qui peut être utilisé dans les capteurs."
Contrairement aux ferroélectriques traditionnels, qui tirent directement leurs propriétés des distorsions polaires dans le réseau du cristal du matériau, les ferroélectriques hybrides inappropriés génèrent une polarisation à partir d'une combinaison de distorsions non polaires.
Lorsque les ferroélectriques hybrides inappropriés ont été théorisés pour la première fois en 2011, deux matériaux ont été proposés. Dans les années qui ont suivi, des cristaux non magnétiques de Ca3Ti2O7¬ ont été démontrés expérimentalement, mais une caractérisation complète de son homologue magnétique, Ca3Mn2O7, resté insaisissable.
"Des transitions multiples ainsi que des séparations de phases ont été mises en évidence dans Ca3Mn2O7, le rendant plus complexe que les premières attentes théoriques, " Dit Dong. "Ce matériau est complexe, et la fuite est grave, ce qui empêche la mesure directe de sa ferroélectricité à haute température."
Pour mieux comprendre Ca3Mn2O7, Dong et ses collaborateurs ont confirmé la ferroélectricité du matériau à l'aide de mesures pyroélectriques qui examinent ses propriétés électriques sur une plage de températures ainsi que les boucles d'hystérésis ferroélectrique de Ca3Mn2O7, une méthode qui atténue certaines fuites extrinsèques. Une enquête plus approfondie a montré que Ca3Mn2O7 présente un faible ferromagnétisme qui peut être modulé par un champ électrique.
Il a été constaté que Ca3Mn2O7, un matériau dont on dit depuis longtemps qu'il possède des propriétés ferroélectriques et magnétoélectriques, présentait également une forte absorption de la lumière visible dans une bande interdite bien adaptée aux dispositifs photoélectriques. Cette caractéristique du Ca3Mn2O7 pourrait ouvrir la voie à l'utilisation du matériau dans n'importe quoi, des cellules photovoltaïques aux capteurs de lumière avec le champ électrique intégré conduisant à une tension photogénérée plus importante que les appareils actuels.
"La chose la plus surprenante pour nous était que personne n'avait remarqué son absorption de lumière importante auparavant, " dit Dong.
À l'avenir, Dong a déclaré qu'il espère explorer les propriétés photoélectriques du Ca3Mn2O7 et déterminer si l'introduction de fer dans le cristal améliorerait son magnétisme.
