Language
Country/Area
No result found
Mysteriöse Multiferroika: Warum sind diese Materialien so selten?
In der Welt der Materialwissenschaften haben multiferroische Materialien aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften große Aufmerksamkeit erregt. Diese Materialklasse verfügt über mehrere wichtige ferroische Eigenschaften, darunter Ferromagnetismus und Ferroelektrizität, die durch Anlegen eines magnetischen oder elektrischen Felds umgeschaltet werden können, sowie Ferroelastizität, die unter Druck umgeschaltet werden kann. Insbesondere magnetoelektrische multiferroische Materialien, die sowohl Ferromagnetismus als auch Ferroelektrizität besitzen, haben bei Wissenschaftlern große Begeisterung hervorgerufen. Warum ist diese Art von Material so selten?
Die Entwicklung multiferroischer Materialien lässt sich auf das Jahr 2000 zurückverfolgen, als N.A. Spaldin die Gründe für die Seltenheit magnetischer ferroelektrischer Materialien und ihre Herstellung vorschlug. Dies gilt als Beginn des gegenwärtigen steigenden Interesses an multiferroischen Materialien.
Rückblickend betrachtet waren magnetoelektrische Materialien ein Forschungsgebiet, das bereits vor der Zeit der multiferroischen Materialien existierte. Bei diesen Materialien verändert ein angelegtes elektrisches Feld ihre magnetischen Eigenschaften und umgekehrt. Obwohl nicht alle magnetoelektrischen Materialien multiferroisch sind, weisen die meisten ein lineares magnetoelektrisches Verhalten auf, was bedeutet, dass ihre Magnetisierung linear mit der Stärke des angelegten elektrischen Felds zusammenhängt. Daher hilft uns das Verständnis des historischen Hintergrunds dieser Materialien dabei, multiferroische Materialien besser zu verstehen.
Aktuelle multiferroische Materialien können in verschiedene Typen unterteilt werden, hauptsächlich basierend auf der Temperatur und dem Mechanismus, bei dem ihre Ferroelektrizität und ihr Magnetismus auftreten. In multiferroischen Materialien vom Typ I treten Magnetismus und Ferroelektrizität bei unterschiedlichen Temperaturen auf und stammen aus unterschiedlichen Mechanismen, wie zum Beispiel dem berühmten BiFeO3; im Gegensatz dazu verursacht Magnetismus in multiferroischen Materialien vom Typ II direkt Ferroelektrizität. Die Phasenübergangstemperaturen der beiden sind im Wesentlichen das gleiche, ein Beispiel ist TbMnO3.
Die Wechselwirkungen in diesen Materialien sind nicht nur faszinierend, sondern bieten auch ein breites Spektrum potenzieller Anwendungen, unter anderem als Aktuatoren, Schalter, Magnetfeldsensoren und ideale Kandidaten für neue elektronische Speichergeräte.
Allerdings sind bei multiferroischen Materialien noch viele Herausforderungen zu bewältigen, insbesondere die Frage, wie sich Materialien mit starker Kopplung und hohen magnetischen und Polarisationseigenschaften bei Raumtemperatur entwickeln lassen. Um diese Herausforderungen zu überwinden, haben Forscher begonnen, Verbundwerkstoffanwendungen mit anderen Materialien zu erforschen. Bei diesem Verfahren können unter Verwendung magnetoelektrischer Verbundwerkstoffe neue hocheffiziente multiferroische Materialien entwickelt werden. Darüber hinaus bietet die Technologie des geschichteten Strukturwachstums großes Potenzial, da sie die Eigenschaften verschiedener Materialien kombiniert, um die Gesamtleistung zu verbessern.
Das Potenzial multiferroischer Materialien für technologische Anwendungen ist enorm. Es kann Magnetismus durch elektrische Felder steuern, was für die Entwicklung neuer elektronischer Komponenten, wie beispielsweise spintronischer Geräte, von großer Bedeutung ist. Wenn es gelingt, den magnetischen Zustand über ein elektrisches Feld zu steuern, wird dies den Energiebedarf erheblich senken und möglicherweise einen revolutionären Einfluss auf die künftige wissenschaftliche und technologische Entwicklung haben.
Gerade aufgrund ihrer Mysteriösität und Seltenheit sind multiferroische Materialien zu einem interessanten Forschungsgebiet der Materialwissenschaften geworden. Können multiferroische Materialien das Gesicht der zukünftigen Technologie verändern oder werden sie lediglich ein Gebiet der akademischen Forschung bleiben?
