マルチフェロイックABO3遷移金属酸化物：強誘電性と磁性のまれな相互作用

要約

この総説は、科学のすべての分野、特にナノスケールで電気的特性と磁気的特性の両方を備えた新しいナノ材料への関心を高めたさまざまな種類の材料の開発をまとめたものです。磁気的特性と電気的特性の両方を備えたこの種の材料は、途方もない用途があり、集中的な研究活動を行っています。これらの材料は、電子デバイスや磁気デバイス、さらには電界によって磁気特性が変化する材料、またはその逆の材料でも特に重要な新しい特性を誘発します。科学的応用のためのそのようなフェロイック特性の発見は時間の必要性であり、先端材料の発見のための技術的および商業的可能性を持っている刺激的な新しい領域を広げます。最近の研究では、マルチフェロイック特性が存在する実際の経路に焦点が当てられ、新しい金属酸化物化合物が発見されました。研究を通じてこれらの化合物の構造を理解することは、調査する必要のあるこれらのマルチフェロイック材料の幅広い用途と課題を説明しています。この研究では、ハードディスクプラッタや磁気読み取りヘッドなどのストレージデバイスに新しい特性を備えた三元遷移金属酸化物の基本的な側面と構造変化について説明しました。

はじめに

ナノスケール範囲の物体の磁気特性は、すべての科学分野で研究が行われやすい分野であるナノ磁性の概念の名前が付けられています。磁性ナノ粒子、ナノフィルム、ナノロッドなどの特性と用途は、地質学でも磁性流体として以前から使用されており、将来的に探索するのに十分な範囲があります[1]。これらの先端材料は、スピーカーやドラッグデリバリーの医療分野[2]、さらには磁気温熱療法[3]など、他の側面でも使用されています。非常に小さいサイズの保管材料は、通常、機械の寸法を縮小する小さなデバイスで製造された場合に優れた効率を発揮します。磁性ナノ粒子で構成されたこれらの小さなデバイスは、産業で、そして最も重要なのは生物医学的応用で重要な役割を果たします[4]。これらの材料は、癌細胞または腫瘍の組織細胞の局所環境を可能にし、視覚化する磁気共鳴画像法（MRI）デバイスに適用されています[5]。これらの磁性ナノ粒子は、特に中枢神経系疾患を治療するための独自の生物医学的用途があり、中枢神経系（CNS）疾患を治療するための薬物送達における革新的なアプローチを見つけるためにさらに調査する必要があります[6]。

自発磁化は、印加された磁場によってヒステリシスと呼ばれるループ状の構造で作成できます。材料のこの特定の特徴は、強磁性材料の名前を与えました、そして、材料のこの特性は、電子スピンと原子核の周りのそれらの軌道運動に由来します。外部磁場がない場合、磁気モーメントはランダムに配向しますが、磁場が印加されると、これらのスピンは特定の順序に固定され、スピンの小さなグループがドメインのような構造を形成します。これらの磁性材料の構造と典型的なヒステリシスループを図1に示します。ニッケル、コバルト、クロム、鉄などの遷移金属は、スピン配向に由来する磁気モーメントを持ち、磁場への軌道寄与もあります[7]。キュリー温度（T _c）より低い特定の温度で特定の順序で整列したスピン間のこれらの相互作用）およびこの温度を超えると、強磁性ドメインが熱エネルギーに打ち勝ちます[8]。強磁性特性の非常にユニークな特徴は、飽和磁化（M _s）の存在によって特徴づけられるヒステリシスループを持つことです。）それを超えると、印加される磁場の大きさが何であれ、それ以上の磁気特性の増加はありません。強磁性体のもう1つの特徴である残留磁化（M _r ）、磁場が印加されていない場合でも保存され、この特性は材料のメモリまたは保存容量に関連しています。さらに、これらの強磁性体は、強制場（H _c ）これは、磁場の逆方向の大きさを測定して、その磁化効果をすべて取り除きます。これらの3つの特性は、強磁性体の潜在的な相を見つける上で最も重要です。交換静磁気エネルギーと異方性エネルギーの間には競争があり、長次および短次の相互作用ドメインが存在します[9]。

印加電界の存在下での分極の存在を特徴とする強誘電特性[10]は、強磁性特性と類似しています。強誘電体と強磁性体の違いは、材料の構造にありますが、原子にはありません。したがって、強誘電体は固有の特性です。この特性は、化合物の全体的な構造と対称性、および強誘電性のメカニズムを引き起こすイオンの秩序、無秩序、および変位に依存します[11、12、13]。構造化された分極は、電気ドメインから形成されたヒステリシスループをもたらす強誘電特性に関連しています。転移温度と呼ばれる、常誘電体から強誘電体への相変化が起こる特定の温度があり、それは材料の性質に依存します。ヒステリシスのこれらのミニドメイン特性は図2に示され、磁気ヒステリシスループと何らかの形で一致します。電気分極と印加電界のグラフをプロットすることにより、飽和分極（Ps）、残留分極（Pr）でループ状の構造が形成されました。および強制場（Hc）[14]。ここで、ドメインは正の電界方向に整列し始め、急速な分極を引き起こし、飽和分極と呼ばれる最大分極に達します。これを超えると、分極の値はそれ以上増加しません。さらに、印加電界が逆になると、分極は減少する傾向があり、印加電界がゼロである特定の値に達する。残留分極（電界が完全に除去されたときの材料の残留分極）は、メモリおよびストレージ容量に特に使用される材料の保持力または残留磁気の尺度です。ゼロ分極を達成するために、印加される電界はさらに減少されなければならない。分極全体がゼロになる印加電界の大きさを強制電界と呼びます。これらの値は、強誘電体材料の構造、性質、およびサイズに依存するヒステリシスの特性です[15]。

マルチフェロイック：ユニークで斬新なプロパティ[16]

マルチフェロイックの概念は1994年にH.Schmidtによって導入され[17]、最新の定義によれば、マルチフェロイック材料は単一の材料に同時に2つまたは3つ以上のフェロイック相を持っています[18]。これらの材料は、化学的性質を調査し、固体物理学を研究するための研究の対象となりました[19]。この分野での大規模な研究は、デバイスアプリケーションで利用するための多くの新しいアイデアを開発するのに役立ちました。アイデアの1つは、磁化と分極の形で情報を格納できるマルチフェロイックビットを導入することです。 2つまたは2つ以上のフェロイック特性を持つ材料はごくわずかであるため、マルチフェロイック材料はまれです[20]。この1つまたは3つ以上の特性を持つ材料の傾向を図3に示します。これは、マルチフェロイック挙動を示す材料が非常に少ないことを明確に示しています[21]。これが、この分野の研究が現在の世界にとって課題であり、焦点を当てる必要がある理由です[22]。マルチフェロイクスのまれな存在は、空のd軌道を必要とする強誘電性の振る舞いのメカニズムに関連しており、反対に、強磁性は部分的に満たされたd軌道を必要とします[23、24]。この種の論争を補い、マルチフェロイックな性質を実現するには、原子が中心から移動して電気双極子を形成し、磁気モーメントに関連するように、材料の構造を調整する必要があります。これは、磁性または強誘電性の代替メカニズムのいずれかにつながります。ナノスケールで探求される可能性のある特定のことがまだあります。ナノ構造材料のマルチフェロイックな性質は、コンピューターチップなどの小型で効率的なデバイスを製造するアプリケーションに新たな地平を開く可能性があります。最近の研究は、製造、設計、および応用のためのナノマルチフェロイック材料に焦点を合わせています。強誘電性磁壁構造と磁性イオンの位置は、新しいデバイスの開発のための新しい機能を獲得するために重要な役割を果たします。構造を変更することによる形成、エンジニアリング、およびアプリケーションは、最新のデバイスで情報を運ぶために使用できます。マルチフェロイック材料には継続的な関心と成長空間が与えられ、フェロイトロイド性と呼ばれる4番目のフェロイック秩序が生じ[25、26]、メモリ特性に関連するバルク材料とは異なる導電率磁壁も決定されました[27]。電場が室温で磁性を与えるという、まったく新しい興味深いことが膜堆積技術の助けを借りて観察されました[28]。マルチフェロイクス研究は世界中のすべての研究者からかなりの関心を集めていますが、近い将来加速する必要があるマルチフェロイクス材料を商品化するアプローチはまだ不十分です。

構造に基づくさまざまなクラスのマルチフェロイック化合物

ビスマスフェライト（BiFeO ₃ 化合物）

ビスマスフェライト三元酸化物とその誘導体化合物はペロブスカイト構造であり、有望なマルチフェロイック化合物です[29]。このABO ₃ ペロブスカイトビスマスフェライト化合物は、中心金属A（Bi ³⁺ ）の孤立電子対から強誘電性を示します。）強誘電特性を提供する失われた化合物の位置と対称性から歪むイオン[30]。 B位の部位の陽イオンはFe ³⁺ 小さく、BiFeO ₃の磁気特性を与える不対電子を持つイオン図4に示すような化合物[31]。ここで、分極はBi ³⁺ によって引き起こされると結論付けることができます。 6s ² に存在する孤立電子対軌道と磁気特性はFe ³⁺ から生じますイオン。 BiFeO ₃の製造ナノ化合物は、興味深いマルチフェロイック材料の構築に役立つ新しい研究の方向性につながる可能性があります。ビスマスフェライトの電気的パラメータを低下させ、後にストロンチウム-ジルコニウムイオンをBiFeO ₃に追加することで改善された、リーク電流の問題がありました。 -BaTiO ₃ コンポジット。さらに、相構造、表面組織、および電気的特性も体系的に研究されました[32]。強誘電性ペロブスカイトBiFeO ₃で多くの研究が行われました。多くのアプリケーションの目的で使用されますが、理論上の残留分極が大きいにもかかわらず、電気の小さな機械的運動のエネルギー変換についてはほとんど調査されていません。しかし、BiFeO ₃ ナノ材料は、大規模な鉛フリー圧電ナノ発電機の可能性を秘めています。これらのナノ粒子は、ゾルゲル法によって合成されました[33]。 Bi ₅ Ti ₃ FeO ₁₅ （BTF）マルチフェロイック鉛フリーナノファイバーは、エレクトロスピニングによって製造され、良性のマイクロ強誘電性を備えた効果的なマイクロ圧電係数を示します[34]。さらに、マクロ強誘電体と磁電体の間の結合挙動は、初めて非焼結およびプレスによって発見され、Bi ₅よりも小さい。 Ti ₃ FeO ₁₅ セラミック。 BiFeO ₃の磁気モーメントセル内で反対方向に回転する2つのFeイオンによって互いにバランスが取れており、バンドギャップは約20.5eVであることがわかりました[35]。状態密度を分析したところ、価電子帯はFe-d状態とO-p状態で構成されており、伝導帯はFe-d状態とBi-p状態で構成されています。 BiFeO ₃についても、誘電関数、吸収、屈折率、吸光係数、反射率、および電子エネルギー損失が報告されました。。

イットリウムマグネタイト（YMnO ₃ ）化合物

YMnO ₃のようです化合物は同じペロブスカイトABO ₃ タイプ構造ですが、結晶構造と電子配置が異なります。従来のペロブスカイトとは対照的に、六角形のマンガナイトはMn ³⁺ を持っています MnO ₅の中心に位置する5倍配位のイオン三角形のバイプリズム。一方、Rイオンは、ペロブスカイトの立方晶配位とは異なり、7倍の配位を持っています。 Y ³⁺ のレイヤーイオンは2次元のMnO ₅を区別します YMnO ₃を表す図5に示すバイプリズムイオン構造を示すユニットセル。反強磁性強誘電性の新しい概念がYMnO ₃で発見されました、および幾何学的構造は、YMnO ₃の磁気特性と結合する強誘電特性を導きます化合物[36]。 MnO ₅の傾斜三方晶のバイプリズムは、構造の反転対称性を失い、YMnO ₃の強誘電特性を導き出します。 -タイプの化合物[37]。強誘電性と磁気秩序の間の結合はまったく異なり、これがそのようなタイプの材料で磁気電気結合が不可能であった主な理由です。しかし、傾斜層状のMnO ₅のイオンの動き図6に示すように、多面体は正味の分極効果をもたらします[38、39]。六角形のYMnO ₃ ゾルゲル法で作製したナノファイバーと作製した紡糸繊維を125℃で均一な直径で乾燥させた[40]。準備されたサンプルの温度が上昇すると、その長さ全体にわたって均一な化学成分で形態と直径の範囲に適切な変化がありました。

希土類（RMO ₃ 、M =Fe、Cr、Mn）マルチフェロイック化合物

最新の研究では、Bサイトに鉄、マンガン、クロム元素を含む可能性のある希土類金属の三元酸化物が、弱い強磁性が室温の強誘電挙動を伴うマルチフェロイック特性を示すことがわかりました[41]。 RFeO ₃の場合化合物の場合、そのようなタイプの化合物の構造は、歪んだペロブスカイト構造を持つ斜方晶系のユニットセル[42]です。この歪みは、希土類イオンR ³⁺ が原因です。位置とFe ³⁺ の存在八面体環境のイオン。このような構造にはFeO ₆があります O ^2- の1つである、3次元の八面体イオンは2つの八面体の間に1つの共通の頂点を形成し、2つの鉄原子はO ^2- を介して超交換結合を提供しますイオン。この概念では、Fe原子はわずかに傾斜しているため、強磁性相互作用が弱くなります[43]。 RFeO ₃以降化合物は中心対称フェライトのファミリーに含まれていますが、室温で強誘電性があります。この異常な動作は、SmFeO ₃を報告した文献で説明できます。非等価スピンが誘導された強誘電特性の原因であり、図7に示されている反強磁性秩序誘導強誘電性[44]の名前が付けられた化合物。

希土類マルチフェロイックス酸化物の2番目のクラスは、クロムベースのRCrO ₃です。化合物。 FeO ₆の代わりに構造、CrO ₆の逆位相傾斜図8に示す八面体は斜方晶系（RCrO ₃）に存在していました。、R =Y、Gd、Tb）マルチフェロイック化合物。フェロイックな性質の分極は、Crイオン副格子の磁気秩序と結合し、よく知られている相互作用Dzyaloshinskii-Moriya（DM）は、Cr ³⁺ の弱い強磁性特性を生じさせます。イオン[45]。 GdCrO ₃ Crイオンの磁気モーメントである化合物は、最も近い陽イオンと逆平行であり、Gタイプの構成で表されます。 RCrO ₃の強誘電性のクラス化合物はまだ適切に説明されていませんが、強誘電挙動の起源として偏心歪みが提案されていると想定されていました。この種のメカニズムは、RCrO ₃のバルクのナノ薄膜で報告されました。化合物[46,47,48]。印加磁場が存在する場合、GdCrO ₃の場合、分極の強さを変えることができます。化合物。 YCrO ₃ は斜方晶系ですが、Cr原子が特定の方向の位置から変位し、分極が発生するため、強誘電性です。これは、多機能材料の多くの珍しい特性によって視覚化できる新しい概念を示しています。

キュービックGdFeO ₃ 単純な水熱合成経路による粒子とそのフォトルミネッセンスおよび磁気特性が調査された[49]。フォトルミネッセンスと磁気特性の調査を通じて、斜方晶系の立方晶系GdFeO ₃ 粒子は非常に優れたドープ発光を示し、さまざまな希土類元素をドープするとさまざまな色の光を放出します。 GdFeO ₃ 粒子には常磁性が含まれています。それは優れた発光と磁性材料である可能性があります。 DyFeO ₃の単結晶1個を使用した高磁電結合およびGdFeO ₃ 以前に報告されていますが、マルチフェロイックの性質は非常に低い温度でのみ発生します[50]。 GdFeO ₃の固体粉末合成およびGdCrO ₃ 必要な酸化物（Gd ₂ O ₃ 、Fe ₂ O _3、およびCr ₂ O ₃ ）十分に高い煆焼温度で〜1800°C。一連の希土類オルソフェライトのナノ粒子を合成するための簡単な超音波化学法が報告されました。このソノケミカルプロセスは、単純な前駆体、鉄ペンタカルボニル、および希土類炭酸塩を使用することにより、実質的により低い煆焼温度で希土類オルトフェライトのナノ粒子の合成を可能にします。従来の方法で通常行われているように、ガーネット相のコージェネレーションが観察されていないことは特に注目に値します。煆焼温度の急激な低下は、Fe（CO）₅からのアモルファス酸化鉄の超音波生成が原因である可能性があります。。ナノサイズのGdFeO ₃ 、ErFeO ₃ 、TbFeO ₃ 、およびEuFeO ₃ この方法で調製され、それらの磁気特性も詳細に研究された[51]。結晶性の高いオルトフェライトナノ粒子（タイプLa _1-x Gd _x FeO ₃ 、ここで、x =0から1）は自己燃焼法を使用して調製されました。私たちが特に関心を持っているのは、Gd ³⁺ の役割に重点を置いた、特定の化合物の構造的および磁気的特性の特性評価です。構造と磁気応答の変調におけるイオン[52]。組成MFeO ₃のペロブスカイトは、触媒[53]、センサー、[54]半導体、[55]磁性および磁気光学材料[56]などの潜在的な用途を持つ材料のクラスです。 LnFeO ₃の相選択的合成（Ln =希土類）は、望ましくない共存相があるため、困難です[57、58]。可視光駆動のGd ₂ Ti ₂ O ₇ / GdCrO ₃ 水素発生用の複合材料が報告されており、一連のGd ₂ Ti ₂ O ₇ / GdCrO ₃ 複合材料は、固体燃焼によって調製されます。複合材料の光触媒活性は、可視光照明下で助触媒を使用せずに水素製造に向けて調べられます。水素の生成速度は、光触媒活性測定装置とガスクロマトグラフィー（GC）によって測定されます。最高の効率は、複合GTC（Cr：Gd：Ti =1：1：1）で観察されます。光電流測定とPLに基づいて、増強された光触媒活性のメカニズムが議論されてきた[59]。ナノ結晶オルトフェライト、GdFeO ₃の異常な磁気特性、Fe ₂の化学量論的混合に基づく従来の固相反応（SSR）ルートによって合成された O ₃ およびGd ₂ O ₃ レポート[60]で発見されました。 GdFe _1-xの多結晶サンプル Ni _x O ₃ （ x =0.0、0.1）は固相反応経路で調製されます。 Ni ³⁺ イオン置換により、誘電率、接線損失、およびAC伝導率が格子収縮および増強されます[61]。

利用可能な唯一の磁気研究は、DFOの電界誘起SR遷移を調べるためのメスバウアー分光法に焦点を合わせていました[62、63]。これらの化合物の中で、DFOは、35 Kでモーリン遷移を示し、その後、77 K、130 K、および270 Kの温度で3つの異常な遷移を示す唯一の希土類オルソフェライトです。これは、おそらく電界誘起スピン再配向（SR）効果によるものです。 Dy ³⁺ 間の競合する磁気相互作用からおよびFe ³⁺ イオン。希土類クロマイトのマイクロ波支援合成と物理的性質が報告されました。磁化測定により、反強磁性Cr ³⁺ のネール温度が示されました。 -Cr ³⁺ 順序はRE ³⁺ に大きく依存しますイオン半径と多種多様な磁気スピン相互作用が存在します。焼結ペレットでは、粒界と内部バルク材料での電子的差異により、誘電分光法で監視された2つの誘電緩和が得られます。 X線回折、ラマン分光法、および温度依存の誘電率データは、結晶の潜在的な非中心対称性または付随する強誘電性を示していません。（RE）CrO ₃の全シリーズを準備するために、体系的な取り組みが行われています。 YCrO ₃の構造に類似している可能性のある化合物化合物。磁気的および誘電的特性の詳細な調査と、観察された磁気電気的またはマルチフェロイック的挙動の可能性に特に焦点を当てたそれらの相関関係が報告されました[64]。（RE）CrO ₃の電荷輸送特性材料は、湿度、メタノール、エタノール、およびいくつかのガスに対して感度のあるp型半導体を含むと主張されており、これは潜在的なセンサーアプリケーションに役立ちます。 [65、66]。さらに、LaCrO ₃ そして、そのドープされた変種は、固体酸化物燃料電池[67、68]の相互接続された材料として、および炭化水素酸化[69]の触媒としての用途の候補です。タイプLnFeO ₃の希土類オルソフェライト（Ln¼Gd、Dy、Sm）は、斜方晶的に歪んだペロブスカイト構造を結晶化しています。 DyFeO ₃の弱強磁性状態での電気分極の存在多結晶サンプルで報告されており[70]、強誘電性はスピン再配向温度以下で消失します。 G ₄のFe副格子の弱い強磁性モーメントによってDyイオンに誘導される局所場の重要性構造は、DyCrO ₃のゼロ磁場[71] Feメスバウアースペクトルによって明らかになります。。高温での重希土類オルトクロマイトの磁化率[72]および希土類置換DyCrO ₃の磁気熱量特性 [73]も報告されています。磁気相互作用の詳細な調査は、DyCrO ₃で見つかりました。水熱合成法を使用したバルク粉末[74]。ナノ結晶CeCrO ₃に関する詳細な研究反強磁性、リラクサー挙動、可視領域の光学バンドギャップなどの多機能性を示すことがわかりました。この新しく開発された合成ルートは、これまで知られていなかったCe ³⁺ の準備の大きな可能性を開きます。他の希土類に類似したベースの混合酸化物（RE ³⁺ ）カウンターパート[75]。電気極性秩序を伴う場誘起準安定状態は、Cr ³⁺ の磁気秩序温度で現れます。弱強磁性希土類オルトクロマイト（RCrO ₃ 、ここで、Rは磁性希土類イオン）であり、比較的大きな電気分極を示します〜0.2–0.8μC / cm ² 、Crサブシステムのネール温度に対応するかなり高い温度（〜120–250 K）で開始します[76]。 DyCrO ₃の形態と結晶化度に対する静的および動的磁気特性と表面化学の影響ナノプレートレットが報告されています[77]。

ナノサイズのオルトフェライトは、光照射下での水の分解または染料の分解における光触媒として使用できることも報告されています。この研究分野は、磁気的に誘発された強誘電性から生じる興味深いマルチフェロイックおよび磁気電気特性を示す新しいクラスの酸化物の出現により、大幅に拡大されました。興味深いことに、これらの材料は単純な遷移金属酸化物であり、それらのほとんどはペロブスカイト構造を持っています。磁気的に駆動される強誘電性を示すマルチフェロイックおよび磁電フェライトおよびクロマイトの新しい特徴。ほとんどすべての酸化物半導体光触媒は安定しているが、UV光照射下で活性であることがわかっている。均一な結晶サイズと形状の希土類クロマイトを調製するための一般的な穏やかな方法を開発することは、さらなる単結晶関連の用途にとって重要です。マイクロメートルサイズの単結晶は、高温処理された前駆体で取得された対応する多結晶の対応物と比較して、より多くのバルク特性を保持します。複雑な金属酸化物の結晶構造とバンド構造を理解することは、新しい機能や改善された機能を探求するための重要な側面であることは間違いありません。低温反応、特にトポケミカル反応の場合、同様に重要なのは、速度論的および熱力学的考察の両方を利用して、中間相やイオン移動経路など、反応中に最終構造を導く要因を理解することです。さらに、このような知識は、ここで薄膜研究によって示されているように、低温用途に向けた新しいイオン伝導体の開発に間違いなく役立ちます。マクロポーラス壁は希土類オルソフェライトナノ粒子で構成されており、これらの階層的ポーラス材料はCO + NO反応に対して高い触媒活性を示し、NOは完全にN ₂に変換できます。 350°Cという低い温度で、自動車の排気ガスやその他の触媒関連分野の触媒変換における可能性を示しています。この合成戦略は、階層的な多孔質材料を調製するための簡単な方法であり、さらなる触媒用途を備えた機能性材料の合成のガイドラインを提供する可能性があります[78]。自動車産業の発展に伴い、自動車の排気ガスは大気汚染の主な原因の1つになっています。自動車の排気ガス汚染の管理は、大気汚染を減らすために特に重要です。 TbFeO ₃ 空間群Pbnmを持つ化合物は、一方向にFeスピンイオンが存在し、他の方向に強磁性が存在することにより、（TN）ネール温度が650 Kの反強磁性相互作用を示す可能性があります[79、80]。合成の特性評価とTbFeO ₃の特性のために発見された研究化合物は、他の希土類酸化物フェライトと比較して、はるかに調査する必要があります[81,82,83]。 Aサイトで原子を選択することは重要な関心事になり、漏れやマルチフェロイック性の喪失に関連している可能性があります。 MnをドープしたオルソフェライトTbFeO ₃の構造と磁気相転移粉末中性子回折による研究が報告されています[84]。

三元金属酸化物ナノ材料アプリケーション

マルチフェロイック材料の応用は、磁電結合の存在による分極と磁化のデータ値から期待されます。これが、これらの興味深い材料が今日の固体物理学および化学の研究で考慮されなければならず、電子メモリおよび光変換器デバイスで利用される可能性がある主な理由である可能性があります[85,86,87]。これらの材料は、メモリ容量を備えているだけでなく、磁気的および電子的性質を備えた検知特性も備えている場合があります。マルチフェロイック材料は、容量性読み取りを使用するための熱雑音を低減することによって新しいデバイスをさらに調査する必要があり、磁気抵抗材料を置き換えることができます[88]。これらの磁気関連の特性は、磁気ビット密度を可能にする従来の抵抗測定よりも感度が高く、抵抗測定によっても測定された分極と磁化の助けを借りてエンコードされた情報によって実証された4つの状態メモリ特性[89]を持っています。炭化物、窒化物、金属、およびさまざまなセラミックなど、多くのナノ構造およびナノスケールのコーティング材料が、可能な摩擦改質剤として提案されてきた。結論として、ナノテクノロジーは、宇宙の過酷な条件に耐える特性を備えた乗り物を作成するのに役立ちます。磁気特性と電気特性の両方に、電気的に書き込んだり磁気的に読み取ったりできるデータを保存できるという利点があります。マルチフェロイックのこの利点は、問題の書き込みと読み取りを行うための大きな負荷フィールドの生成を回避します[90]。 Fe-RAMSデバイスは、強誘電体書き込みと強磁性体読み取りの概念を使用して指定されており、ナノレジームで同じ材料を使用することにより、保持される不揮発性メモリが数千倍以上に増加しました。したがって、そのようなマルチフェロイック特性を有するナノ材料は、記憶、感覚、および光学などのすべてのデバイスで途方もない用途を持っています。強誘電特性とともに新たな磁気特性を有するナノドット中のサイズ依存の型破りなマルチフェロイック化合物が報告された。非化学量論的サイズのナノメートルサイズは、ホスト強誘電相で強磁性を誘発し、ナノスケールでの特性の制御を可能にする表面形態の影響を受けやすくなります[91]。磁電係数は、粒子サイズを小さくすると増加し、高ひずみとスピンスパイラル構造の抑制に関連している可能性があります。 Bi _0.90の電気的および磁気的特性 Tb _0.10 FeO ₃ ナノ粒子は粒子サイズに依存し、粒子サイズが小さくなるにつれて高くなることが明らかになりました[92]。 Bi ₂の場合 Fe ₄ O ₉ 多結晶、磁気および強誘電特性は、異なる粒子サイズで調査されました[93]。結晶粒径は強磁性部の減少に影響しますが、サイズが大きくなりネール温度が高くなると反強磁性成分が支配的になります。強誘電性は、不揮発性データストレージデバイスと、ポータブルで、より少ない電力消費でストレージに高密度を備えた超高速電子機器に対する高い需要につながります。したがって、感度と効率が高く、機械のすべてのセグメントで多くの用途を持つこのようなマルチフェロイックナノ材料を製造および開発することが不可欠です。

結論

マルチフェロイックABO ₃ タイプの化合物は、その構造、組成、および強誘電性と強磁性の特性への寄与に基づいて、本レビューで焦点を当てています。マルチフェロイック特性を改善または減少させるさまざまな要因が考慮されました。 ABO ₃の統合と開発のための重要な取り組みベースのペロブスカイトマルチフェロイック化合物も言及されました。ビスマスフェライト、マグナートイットリウム、希土類酸化物など、特定の三元金属酸化物マルチフェロイック化合物の概要を説明しました。これらのABO ₃ マルチフェロイック化合物は、マイクロエレクトロニクスデバイス、センサー、ストレージデバイスなどに多くの用途があります。不可能ではありませんが、商業化の分野でマルチフェロイック化合物のブレークスルーを得るのは困難であり、これらの生産的な洞察がすぐに来るという研究の助けを借りて、この種の期待が期待されます。磁電センサーや磁力計、アンテナなどの他の分野での応用を実現するために、新しい材料の開発にはさらに時間がかかる可能性があります。これらのマルチフェロイック材料には常に改善の余地があり、磁気異常の検出、ナビゲーション、および生体磁気センシングにおいて多くの市場の可能性があります。これらのマルチフェロイック材料がうまく準備され、開発され、そして商品化されれば、それは日常生活に画期的または大きな影響を与え、人々は学界にとどまるか、産業に参加するか、あるいは新しいビジネスを始めることさえ選択するかもしれません。