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Científicos resuelven un misterio de 80 años sobre materiales ferroeléctricos

Científicos resuelven un misterio de 80 años sobre materiales ferroeléctricos



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Una nueva investigación realizada por investigadores de las universidades de Linköping y Eindhoven ha demostrado por primera vez con éxito que las «partículas» hipotéticas propuestas por Franz Preisach en 1935 realmente existen. El artículo de investigación del científico muestra por qué los materiales ferroeléctricos actúan como lo hacen.

La ferroelectricidad está estrechamente asociada con el ferromagnetismo. Los materiales ferromagnéticos comunes incluyen hierro, cobalto y níquel. En estos materiales, los electrones actúan como pequeños imanes llamados dipolos con un polo norte y sur.

Los materiales ferroeléctricos tienen aplicación en discos duros

En un ferroeléctrico, los dipolos no son magnéticos sino eléctricos y tienen un polo positivo y negativo. Estos polos son aleatorios a menos que se aplique un campo suficientemente fuerte, entonces los dipolos se alinean con ese campo.

Ese campo se conoce como campo coercitivo o crítico. Los materiales ferroicos conservan su alineación incluso cuando se retira el campo; el material está polarizado permanentemente.

Para cambiar esta alineación, un campo al menos tan fuerte como el original debe aplicarse en la dirección opuesta. Este fenómeno se conoce como histéresis o la idea de que un material se comporta de acuerdo con lo que le ha sucedido anteriormente.

El modelo de Franz Preisach un misterio a pesar de tener 80 años

Esta propiedad hace que estos materiales sean perfectos para la memoria regrabable, como cuando se utilizan en discos duros. A pesar de un modelo de ferroelectricidad y ferromagnetismo desarrollado por el investigador alemán Franz Preisach ya en 1935.

Los científicos no han entendido completamente el modelo puramente matemático presentado por Preisach. El modelo describe los materiales ferroicos como una colección de pequeños módulos independientes llamados histerones.

Pero los científicos han cuestionado cuáles son estos y la gran pregunta de por qué los materiales ferroeléctricos actúan como lo hacen. Increíblemente, la solución ha sido encontrada por el grupo de investigación del profesor Martijn Kemerink (Materiales y dispositivos complejos en LiU), en colaboración con investigadores de la Universidad de Eindhoven.

En colaboración, los investigadores estudiaron dos sistemas de modelos orgánicos ferroeléctricos y encontraron la explicación. Parece que la respuesta se encuentra en la forma en que las moléculas de materiales ferroeléctricos se relacionan entre sí, se encuentran una encima de la otra para formar pilas de alrededor de un nanómetro de ancho y varios nanómetros de largo.

"Podríamos demostrar que estas pilas son en realidad los histerones más buscados. El truco es que tienen diferentes tamaños e interactúan fuertemente entre sí, ya que están muy empaquetados. Aparte de su propio tamaño único, cada pila, por lo tanto, se siente entorno diferente de otras pilas, lo que explica la distribución de Preisach ", dice Martijn Kemerink.

La información proporcionada por esta última investigación puede ampliar la comprensión y el uso de materiales ferroeléctricos tanto para aplicaciones de almacenamiento de datos convencionales como de múltiples bits. La investigación fue publicada en Nature Communications.

Vía: Naturaleza


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