Lähiajal ilmub mainekas teadusajakirjas Physical Review Letters Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi kaastööl valminud artikkel „Multiferroidse BiFeO3 spinnlainete teraherts-spektroskoopia tugevas magnetväljas.“[1] Töös uuriti BiFeO3 kristalli magnetiliste ergastuste ehk spinnlainete magnetvälja sõltuvust kauges infrapunases (teraherts) spektriosas.
Multiferroidse materjali võimalikkust aimas esmakordselt 1894ndal aastal prantsuse teadlane Pierre Curie. 1959ndal aastal ennustas Dzyaloshinskii, et Cr2O3 peab olema multiferroid. Aasta hiljem andis ennustusele katselise tõestuse D. N. Astrov. Multiferroidide materjaliklassil on paljulubav tulevik. Näiteks on neist põhimõtteliselt võimalik valmistada magnetmälu, mille informatsioonihaldamine toimub elektriliselt, seejuures voolutarbeta. Huvitavate optiliste omadustega multiferroikutest peaks saama ka valmistada täiesti uut tüüpi optilisi elemente sama aluse peal koos mikroelektroonika komponentidega.
[vsw id=”6hPHN8XgjNo” source=”youtube” width=”425″ height=”344″ autoplay=”no”]
Video X tasandis paiknevast spinnlainest.
Täpsemalt: magnetism johtub aine aatomite d ning f alamelektronkihtide[2] elektronide seesmisest impulsimomendist, mida nimetatakse spinniks – või magnetmomendiks. Ainehulga spinnide omavaheline interaktsioon võib viia väga erinevate korrastunud olekute tekkeni. Näiteks püsimagnetis on suur hulk ühte suunda rihitud spinne. Kui kõik ainetüki spinnid oleks ühes suunas, saaks küll enneolematult tugeva magneti, kuid energeetiliselt oleks selline oleks ebastabiilne ja nii tekivad eri suundades magnetmomentidest magnetilised domeenid. Spinnid võivad aga ka korrastuda keerukamalt, näiteks moodustades spiraale või ka mittemagnetilisi paare.
Ferromagnetilist korrastatust omab näiteks püsimagnet, ferroelektrilist korrastatust aga piesokristall. Multiferroidsetes ainetes eksisteerib üheaegselt mitu ferroidset korrastatust, näiteks ferromagmetism,ferroelektrilisus, ferroelastsus või ferrotoroidsus:
- Ferromagneetikus korrastuvad magnetmomendid spontaanselt ning ilmneb makroskoopiline magnetmoment. Selle korrastumisega rikutakse sümmeetria ajainversiooni suhtes.
- Ferroelektrikus tekib spontaanselt makroskoopiline elektripolarisatsioon, mida põhjustav laengute ümberpaiknemine rikub kristalli sümmeetria ruumiinversiooni suhtes.
- Ferroelastsuse korral on tegemist kristallis spontaanselt tekkiva mehaanilise pingega.
- Ferrotoroidses aines tekib makroskoopiline toroidaalne moment, mida võib ette kujutada kui mikroskoopiliste rõngakujuliste magnetvälja jõujoonte spontaanset korrastumist ühtemoodi üle kogu kristalli (loe siit).
Ferroelektrism on teistlaadi nähtus, millel on mitu mikroskoopilist põhjust. Laiemalt on ferroelektrik materjal, milles esineb spontaanne elektriline korrastatus, ehk materjali elektrilaengute eraldumine. See ilmneb näiteks kristalli tahkude erimärgilise polaarusena. Enamike ferroelektrikute polarisatsiooni saab välise elektriväljaga pöörata, seejuures on, jällegi enamasti, kristalli polarisatsioon väliselt rakendatava väljaga lineaarselt võrdeline. Mittelineaarse polarsiatsiooniga kristallidest valmistatakse näiteks kondensaatoreid.
[1] – U. Nagel; Randy S. Fishman; T. Katuwal; H. Engelkamp; D. Talbayev; Hee Taek Yi; S.-W. Cheong; T. Rõõm, “Terahertz Spectroscopy of Spin Waves in Multiferroic BiFeO3 in High Magnetic Fields,” Physical Review Letters, 110, 257201 – [5 pages]. http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i25/e257201
[2] – D. Khomskii, “Trend: Classifying multiferroics: Mechanisms and effects,” American Physical Society, http://physics.aps.org/articles/v2/20
Leave a Reply