Найден материал с выдающимися сегнетоэлектрическими и ферромагнитными характеристиками

Учёные из США, Германии и Чехии выяснили, что растяжение тонких плёнок титаната европия EuTiO₃ придаёт им сегнетоэлектрические и ферромагнитные свойства.

В определённом интервале температур сегнетоэлектрики, напомним, имеют собственный электрический дипольный момент, который может переориентироваться внешним электрическим полем, а ферромагнетики обладают самопроизвольной намагниченностью. Материалы, объединяющие в себе эти свойства, встречаются чрезвычайно редко; первое такое соединение было обнаружено в 1966 году, но и оно, и все найденные затем аналоги сильно уступали «чистым» ферромагнетикам и сегнетоэлектрикам. «Классические методики поиска исчерпали себя», — утверждает один из авторов работы Даррелл Шлом (Darrell Schlom) из Корнеллского университета (США).

«Мы рассматривали те материалы, которые не имеют нужных свойств, и моделировали их поведение при растяжении и сжатии, — продолжает мысль коллеги Крэйг Фенни (Craig Fennie). — Выполняя расчёты из первых принципов, мы выделяли соединения, казавшиеся перспективными». Одним из них стал титанат европия, который, как подсказывало моделирование, необходимо сжимать.

Плёнка титаната европия на подложке из скандата диспрозия (иллюстрация из журнала Nature).

Подходящей подложки, обеспечивающей сжатие, авторы не нашли, и в эксперименте использовался скандат диспрозия DyScO₃, который даёт противоположный эффект: плёнка EuTiO₃, расположенная на его поверхности, растягивается, поскольку в кристаллической структуре скандата межатомное расстояние чуть увеличено. Измерения показали, что титанат европия приобретает требуемые характеристики, причём по амплитуде спонтанных поляризации и намагниченности он на порядки превосходит другие известные соединения.

Подобные материалы можно использовать для создания магнитной памяти и датчиков магнитного поля. Реализация этих замыслов — дело отдалённого будущего, поскольку эксперимент проводился не в обычных условиях, а при сверхнизкой температуре (около 4 К).

Полная версия отчёта опубликована в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Корнеллского университета.