Une équipe de l'Université fédérale de la Baltique Immanuel Kant (BFU) et un groupe scientifique international ont étudié une corrélation entre la structure des matériaux céramiques à base de ferrite de bismuth (BiFeO3) et leurs propriétés magnétiques. Dans leur travail, les scientifiques ont déterminé les facteurs qui affectent l'évolution structurelle des matériaux et les changements de leur comportement magnétique. Le travail aidera à créer de nouveaux matériaux céramiques avec des propriétés données. L'article a été publié dans le Journal de Physique et Chimie des Solides .

La structure de la ferrite de bismuth est similaire à celle de la pérovskite, un minéral à base de calcium et de titane, mais contient également des atomes d'oxygène. Les supraconducteurs à haute température bien connus (c'est-à-dire des matériaux capables de conduire le courant sans résistance à certaines températures) ont la même structure. De nombreux matériaux avec des grilles cristallines de type pérovskite sont utilisés comme processeurs d'énergie solaire.

Lorsque des ions de différents éléments sont ajoutés à la source de ferrite de bismuth, elle entraîne des modifications de son réseau cristallin et donc de ses propriétés physiques. Les physiciens de BFU ont ajouté des ions de métaux (calcium, manganèse, titane, et niobium) et mesuré les caractéristiques magnétiques du matériau. Il s'est avéré que l'insertion de nouveaux atomes conduit à la compression du réseau cristallin quel que soit le type des éléments de transition. Cette, à son tour, est suivi de changements dans la structure magnétique du matériau. Il perd la polarisation spontanée, c'est à dire., les moments dipolaires des atomes qui déterminent la direction des forces électriques sont privés d'orientation fixe en l'absence d'un champ électrique externe.

Lorsque des atomes d'autres métaux sont ajoutés à la ferrite de bismuth, ce dernier perd également ses propriétés ferromagnétiques :les moments dipolaires des atomes ne sont plus dirigés les uns vers les autres. De plus, lorsque du calcium est ajouté au niobium ou au titane, la structure magnétique du matériau devient ferromagnétique :Les moments dipolaires sont devenus co-directionnels. Après l'arrêt de l'influence d'un champ magnétique, ces échantillons ont montré un magnétisme résiduel, une propriété typique des matériaux ferromagnétiques.

"Nous avons démontré que les propriétés magnétiques des matériaux à base de ferrite de bismuth sont dans une large mesure déterminées par les distorsions structurelles causées par les substitutions, défauts de treillis, et la nature de l'interaction d'échange entre les atomes de fer, oxygène, et le métal de transition. États ferromagnétiques faibles qui se sont produits lorsque du calcium a été ajouté au matériau avec du titane ou du niobium, s'expliquent par la réaction entre les atomes magnétiques qui passe par les non-magnétiques. D'habitude, il n'est pas pris en compte en raison de ses valeurs mineures, mais dans le cas de matériaux ferromagnétiques, cela peut provoquer des fluctuations considérables du comportement magnétique du matériau, " dit Vadim Sikolenko, un co-auteur de l'ouvrage, candidat en physique et mathématiques, et chercheur principal au Centre de recherche et d'enseignement sur les nanomatériaux fonctionnels.