Een team van de Immanuel Kant Baltic Federal University (BFU) heeft samen met een internationale wetenschappelijke groep een correlatie bestudeerd tussen de structuur van keramische materialen op basis van bismutferriet (BiFeO3) en hun magnetische eigenschappen. In hun werk, de wetenschappers bepaalden de factoren die de structurele evolutie van materialen en veranderingen in hun magnetisch gedrag beïnvloeden. Het werk zal helpen bij het creëren van nieuwe keramische materialen met bepaalde eigenschappen. Het artikel is gepubliceerd in de Journal of Physics and Chemistry of Solids .

De structuur van bismutferriet is vergelijkbaar met die van perovskiet, een mineraal op basis van calcium en titanium, maar bevat ook zuurstofatomen. Bekende hoge-temperatuur-supergeleiders (d.w.z. materialen die bij bepaalde temperaturen de stroom zonder weerstand kunnen geleiden) hebben dezelfde structuur. Veel materialen met perovskiet-achtige kristalroosters worden gebruikt als zonne-energieprocessors.

Wanneer ionen van verschillende elementen worden toegevoegd aan de bron van bismutferriet, het leidt tot veranderingen in het kristalrooster en dus in fysieke eigenschappen. Natuurkundigen van BFU voegden ionen van metalen (calcium, mangaan, titanium, en niobium) en de magnetische eigenschappen van het materiaal gemeten. Het bleek dat het inbrengen van nieuwe atomen leidt tot de compressie van het kristalrooster, ongeacht het type overgangselementen. Dit, beurtelings, wordt gevolgd door veranderingen in de magnetische structuur van het materiaal. Het verliest spontane polarisatie, d.w.z., dipoolmomenten van de atomen die de richting van elektrische krachten bepalen, hebben geen vaste oriëntatie bij afwezigheid van een extern elektrisch veld.

Wanneer atomen van andere metalen worden toegevoegd aan bismutferriet, deze laatste verliest ook zijn ferromagnetische eigenschappen:dipoolmomenten van atomen zijn niet meer naar elkaar gericht. Bovendien, wanneer calcium wordt toegevoegd aan niobium of titanium, de magnetische structuur van het materiaal wordt ferromagnetisch:de dipoolmomenten werden co-directioneel. Nadat de invloed van een magnetisch veld was gestopt, deze monsters vertoonden restmagnetisme, een eigenschap die typisch is voor ferromagnetische materialen.

"We hebben aangetoond dat de magnetische eigenschappen van op bismut ferriet gebaseerde materialen voor een groot deel worden bepaald door structurele vervormingen veroorzaakt door substituties, rooster defecten, en de aard van uitwisselingsinteractie tussen de atomen van ijzer, zuurstof, en het overgangsmetaal. Zwakke ferromagnetische toestanden die optraden wanneer calcium samen met titanium of niobium aan het materiaal werd toegevoegd, worden verklaard door de reactie tussen magnetische atomen die door de niet-magnetische gaat. Gebruikelijk, er wordt geen rekening mee gehouden vanwege de geringe waarden, maar in het geval van ferromagnetische materialen kan dit aanzienlijke schommelingen in het magnetische gedrag van het materiaal veroorzaken, " zegt Vadim Sikolenko, een co-auteur van het werk, kandidaat voor natuurkunde en wiskunde, en senior onderzoeker bij het Research and Educational Centre for Functional Nanomaterials.