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Multiferróicos misteriosos: por que esses materiais são tão raros?
No mundo da ciência dos materiais, os materiais multiferróicos têm atraído grande atenção devido às suas propriedades únicas. Essa classe de materiais possui diversas características ferroicas importantes, incluindo ferromagnetismo e ferroeletricidade, que podem ser alternados pela aplicação de um campo magnético ou elétrico, e ferroelasticidade, que pode ser alternada sob pressão. Em particular, materiais multiferróicos magnetoelétricos que possuem ferromagnetismo e ferroeletricidade têm despertado grande entusiasmo entre os estudiosos. Então por que esse tipo de material é tão raro?
O desenvolvimento de materiais multiferroicos pode ser rastreado até 2000, quando N.A. Spaldin propôs as razões pelas quais os materiais ferroelétricos magnéticos são escassos e como prepará-los, o que é considerado o início do aumento contemporâneo do interesse em materiais multiferroicos.
Olhando para trás na história, os materiais magnetoelétricos foram um campo de pesquisa que antecedeu os materiais multiferróicos. Nesses materiais, um campo elétrico aplicado altera suas propriedades magnéticas e vice-versa. Embora nem todos os materiais magnetoelétricos sejam multiferróicos, a maioria exibe comportamento magnetoelétrico linear, o que significa que sua magnetização está linearmente relacionada à intensidade do campo elétrico aplicado. Portanto, compreender o contexto histórico desses materiais nos ajudará a entender os materiais multiferróicos com mais clareza.
Os materiais multiferróicos atuais podem ser divididos em diferentes tipos, principalmente com base na temperatura e no mecanismo em que sua ferroeletricidade e magnetismo aparecem. Em materiais multiferróicos Tipo I, o magnetismo e a ferroeletricidade aparecem em temperaturas diferentes e se originam de mecanismos diferentes, como o famoso BiFeO3; em contraste, em materiais multiferróicos Tipo II, o magnetismo causa diretamente a ferroeletricidade. As temperaturas de transição de fase dos dois são basicamente o mesmo, um exemplo é o TbMnO3.
As interações nesses materiais não são apenas intrigantes, mas também têm uma ampla gama de aplicações potenciais, incluindo atuadores, interruptores, sensores de campo magnético e candidatos ideais para novos dispositivos de memória eletrônica.
No entanto, os materiais multiferróicos ainda enfrentam muitos desafios, especialmente como desenvolver materiais com forte acoplamento e altas características magnéticas e de polarização à temperatura ambiente. Para superar esses desafios, pesquisadores atuais começaram a explorar aplicações compostas com outros materiais. Nesse processo, novos materiais multiferróicos de alta eficiência podem ser desenvolvidos usando compósitos magnetoelétricos. Além disso, a tecnologia de crescimento de estrutura em camadas também mostra grande potencial ao combinar as características de diferentes materiais para melhorar o desempenho geral.
O potencial dos materiais multiferróicos para aplicações tecnológicas é enorme. Ele pode controlar o magnetismo por meio de campos elétricos, o que é de grande importância para o desenvolvimento de novos componentes eletrônicos, como dispositivos spintrônicos. Se o controle do campo elétrico do estado magnético puder ser alcançado, isso reduzirá significativamente a demanda de energia e terá um impacto potencial revolucionário no futuro desenvolvimento científico e tecnológico.
É justamente por causa do mistério e da raridade dos materiais multiferróicos que eles se tornaram uma bela paisagem no campo da ciência dos materiais. Os materiais multiferróicos podem mudar a face da tecnologia futura ou permanecerão apenas no domínio da pesquisa acadêmica?
