Ferroelectricidad hexagonal y multiferroísmo estructuralmente adaptados en heteroestructuras epitaxiales YbFeO3 de...

Área de la Ciencia:

• Física de la materia condensada Física de la materia condensada
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Química del estado sólido.

Sus antecedentes:

• Los materiales multiferroicos son muy buscados por sus propiedades únicas de acoplamiento cruzado y sus posibles aplicaciones en dispositivos.
• La escasez de multiferroicos de origen natural impulsa la investigación de métodos artificiales para inducir la ferroelectricidad.
• YbFeO(3) (YbFO) es típicamente una ortoferrita de tierras raras no ferroeléctrica y centrosimétrica.

Objetivo del estudio:

• Investigar la posibilidad de inducir artificialmente la ferroelectricidad en las películas delgadas YbFO.
• Caracterizar las propiedades ferroeléctricas y las transiciones de fase de la heterostructura de película delgada YbFO fabricada.
• Aclarar los mecanismos subyacentes responsables de los comportamientos observados de la ferroelectricidad y el magnetismo.

Principales métodos:

• Fabricación de heteroestructuras de película delgada de YbFeO(3) utilizando una plantilla hexagonal.
• Caracterización experimental que incluye mediciones de la ferroelectricidad, la temperatura de Curie, el decaimiento de polarización y la magnetocapacitancia.
• Cálculos de primeros principios para modelar las transiciones estructurales y la hibridación orbital.
• Mediciones de magnetización dependientes de la temperatura para analizar las propiedades magnéticas.

Principales resultados:

• Una heteroestructura de película delgada de YbFeO ((3) exhibió inesperadamente ferroelectricidad no ferroelástica con una temperatura de Curie de 470 K.
• La ferroelectricidad mostró una inusual desintegración de polarización en dos etapas y un efecto de magnetocapacitancia significativo cerca de 225 K.
• Los cálculos de los primeros principios confirmaron las transiciones de fase hexagonales (P6(3) / mmc-P6(3) mc-P6(3) cm) que impulsan el decaimiento de polarización e identificaron Yb 5d(z(2)) -O 2p(z) hibridación orbital como la fuente de ferroelectricidad.
• Se observó una reversión espontánea de la magnetización a 83 K debido a las anisotropías magnetocristalinas Fe 3d e Yb 4f.

Conclusiones:

• La ferroelectricidad artificial se puede inducir con éxito en el YbFeO no ferroeléctrico (YbFeO3) mediante la adaptación estructural en forma de película delgada.
• La ferroelectricidad observada y su desintegración en dos etapas están vinculadas a transiciones de fase hexagonales específicas y la hibridación orbital.
• La interacción entre los momentos magnéticos conduce a comportamientos magnéticos complejos como la inversión de magnetización espontánea, destacando el potencial para nuevas funcionalidades de dispositivos multiferroicos.