Мультиферроик (multiferroic MF) цахилгаан соронзон материал нь нэгэн зэрэг цахилгаан (ferroelectric FE), ферросоронзон (ferromagnetic FM) болон ферро уян харимхай (ferroelastic) зэрэг хоёр ба түүнээс дээш шинж чанаруудыг агуулсан ховор материалууд юм. Ийм төрлийн материалуудыг холимог төлвийн санах ойн элементүүд, цахилгаан орноор удирдагддаг ферросоронзон резонанс төхөөрөмжүүд, соронзонгоор модуляцлагдсан өндөр даралтын цахилгаан эрчим хүч бүхий хувиргагч төхөөрөмж зэрэгт хэрэглэдэг юм.1 Энэ холимог төмөрлөг материалын нэг төлөөлөл бол висмут феррит BiFeO3 (BFO) бөгөөд тасалгааны температурт нэгэн зэрэг ферросоронзон болон хүчтэй ферроцахилгаан шинж чанарыг үзүүлдэг нэг фазын ABO3 төрлийн перовскит нэгдэл юм.
Гэвч ийм төрлийн буюу нэгэн зэрэг ферроцахилгаан болон ферросоронзон ангилалтай материалууд нь нэн ховор байдаг. Учир нь ферроцахилгаан нь d0 электронуудыг шаарддаг бол харин ферросоронзон нь эсрэгээрээ dj (j≠0) электронуудыг шаарддаг.2 Жишээ нь BiFeO3 нэгдлийн хувьд цахилгаан туйлшрал нь Bi3+-ын s2 орбиталийн нэг хослолоор үүсгэгддэг ба В катион болох Fe3+ ион нь соронзжилт үүсгэх үед A катион болох Bi3+ нь цахилгаан туйлшралыг бий болгодог.
Зураг 1.а-д 2000-2015 оны хоорондох мультиферроик болон BFO материалын талаархи нийтлэгдсэн бүтээлүүдийн статистик үзүүлэлтийг үзүүлсэн ба нийт мультиферроик материалын 42.97%-ыг BFO эзэлж байгаа нь энэ төрлийн материалын хөгжилд гол үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулж байна. Зураг 1.б-д BFO-д суурилсан материалуудад холбогдох нийтлэлүүдийн тоо жилээс жилд өсөж байгааг харуулсан байна.3
Зураг 1. a) 2000-2015 оны хооронд холимог ферроик болон BiFeO3-ын олон улсын сэтгүүлд хэвлэгдсэн судалгааны ажлын үзүүлэлт b) 2000-2015 оны хоорондох BiFeO3 материалын тухай хэвлэгдсэн ажлын тоо.
Зураг 2. BiFeO3-ын R3c огторгуйн бүлэг бүхий бүтэц (a) Гексагон эгэл тор; b) 2 хуурмаг куб тор c)2х2х2 супер тор.4
Энэ нэгдэл нь нийлмэл нанобүтэцтэй, керамик болон нимгэн хальс зэрэг өөр өөр төрлийг үүсгэдэг. BFO нимгэн хальс нь хувирамтгай бүтцүүдтэй, маш олон физик шинж чанартай нэгдэл юм.
Керамик балк (bulk) BFO болон тэдгээрийн нэгдлүүд нь маш сайн ферроцахилгаан болон пезоцахилгаан шинж чанартай ба хар тугалга агуулаагүй тул ферроцахилгаан болон пьезоцахилгаан төхөөрөмжүүдийн хувьд ирээдүйтэй, судлаачдын сонирхлыг ихээр татсаар байна. Зураг 2-т балк BFO-н кристалл бүтцийг үзүүлэв.
Ашигласан хэвлэл материалууд
[1] J Nicola A. Hill, Alessio Filippetti, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 242-245 (2002) 976-979.
[2] Catalan and James F. Scott Adv.Mater. 2009, 21, 2463-2485.
[3] J. Wu et al./Progress in Materials Science 84 (2016) 335–402.
[4]Megaw HD, Darlington CNW. Geometrical and structural relations in the rhombohedral perovskites. Acta Crystallogr Sect A 1975;31(2):161.