Una superred multiferroica que es magnetoeléctrica casi a temperatura ambiente

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Los materiales magnetoeléctricos son muy raros. Muestran de forma simultánea estados fundamentales eléctricos y magnéticos, lo que permite el control preciso del magnetismo mediante campos eléctricos. Se publica en Nature un nuevo material multiferroico que muestra magnetoelectricidad a temperatura ambiente. Un material de tipo superred que podría revolucionar las memorias de estado sólido de los ordenadores, logrando dispositivos con mayor densidad de almacenamiento, mayor velocidad de procesamiento y menor consumo de potencia.

El nuevo material multiferroico se ha fabricado a partir de un material ferroeléctrico, LuFeO3 hexagonal, en el que se han crecido monocapas de FeO para dar lugar a monocapas del material ferromagnético LuFe2O4. El resultado es una superred LuFeO3)m/(LuFe2O4)1, con m>1, que muestra propiedades magnetoeléctricas por encima de 281 kelvin, para (LuFeO3)9/(LuFe2O4)1. Más aún, la nueva técnica experimental para fabricar este material promete ser aplicable a otros materiales similares, lo que podría dar lugar a toda una familia de materiales multiferroicos magnetoeléctricos.

El artículo es Julia A. Mundy, Charles M. Brooks, …, Darrell G. Schlom, “Atomically engineered ferroic layers yield a room-temperature magnetoelectric multiferroic,” Nature 537: 523–527 (22 Sep 2016), doi: 10.1038/nature19343; más información divulgativa en Manfred Fiebig, “Condensed-matter physics: Multitasking materials from atomic templates,” Nature 537: 499–500 (22 Sep 2016), doi: 10.1038/537499a.

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Las superredes son materiales formados por capas muy delgadas, incluso monoatómicas, de diferentes compuestos. El patrón puede ser periódico (tipo ABABABAB) o presentar cierta cuasiperiodicidad (como ABBBABBBABBB). El gran inconveniente de las superredes es la dificultad de su fabricación en masa. Julia A. Mundy, de la Universidad de Cornell, Ithaca, New York, EE.UU., y sus colegas han desarrollado una nueva técnica de síntesis de superredes multiferroicas mediante crecimiento epitaxial de haces moleculares. Parece prometedora, pero ahora mismo su uso se restringe a los laboratorios de investigación.

La ferrita de valencia mixta LuFe2O4 es el prototipo de material multiferroico porque muestra de forma simultánea ferroelectricidad y ferromagnetismo a una temperatura récord de 250 K (aunque su posible ferroelectricidad está sujeta a ciertas controversias, ya que no está claro que su origen sea el orden de carga en la subred de átomos de hierro). La ferrita LuFeO3 hexagonal es metaestable pero se puede crecer en capas delgadas por epitaxia.

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Las propiedades magnéticas de las superredes de (LuFeO3)m/(LuFe2O4)n se han medido con un magnetómetro de tipo SQUID. La ferroelectricidad se observa para m ≥ 2, en concreto m/(m + 2n) ≥ 0.5. La mayor temperatura crítica se obtiene para m=9 (con n=1). En la superred (LuFeO3)9/(LuFe2O4)1 el ferromagnetismo se acopla al orden ferroeléctrico hasta 281 K, casi a temperatura ambiente (300 K). Sus propiedades concuerdan con las observadas en las simulaciones por ordenador mediante el método de Montecarlo (código VASP usando la teoría DFT+U).


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