Óxidos de metales de transición ABO3 multiferroicos:una interacción rara de ferroelectricidad y magnetismo

Resumen

Este artículo de revisión resume el desarrollo de diferentes tipos de materiales que despertaron interés en todos los campos de la ciencia, particularmente en nuevos nanomateriales que poseen propiedades tanto eléctricas como magnéticas a nanoescala. Los materiales de este tipo que poseen propiedades tanto magnéticas como eléctricas tienen tremendas aplicaciones y poseen una intensa actividad de investigación. Estos materiales inducen nuevas propiedades que son particularmente importantes en dispositivos electrónicos y magnéticos e incluso en los materiales donde la propiedad magnética cambiará por campo eléctrico o viceversa. El descubrimiento de tales propiedades ferroicas para aplicaciones científicas es una necesidad de una hora y se extiende a un área nueva y emocionante que tiene potencial técnico y comercial para el descubrimiento de materiales avanzados. En estudios recientes, se ha enfocado el camino real por el cual existen las propiedades multiferroicas y se han descubierto nuevos compuestos de óxidos metálicos. La comprensión de la estructura de estos compuestos a través de la investigación describe una amplia gama de aplicaciones y los desafíos de estos materiales multiferroicos que deben explorarse. En este estudio, se han cubierto los aspectos fundamentales y las variaciones estructurales de los óxidos de metales de transición ternarios que poseen propiedades novedosas en dispositivos de almacenamiento como discos duros y cabezas lectoras magnéticas.

Introducción

Las propiedades magnéticas de los objetos en el rango de nanoescala han recibido el nombre de nanomagnetismo conceptual con un área de investigación propensa en todos los campos científicos. Las propiedades y aplicaciones de las nanopartículas magnéticas, nanofilms, nanobarras y muchas más se han utilizado anteriormente también en geología como ferrofluidos y tienen suficiente alcance para explorar en el futuro [1]. Estos materiales avanzados se han utilizado en otros aspectos, como en altavoces y en el campo médico para la administración de fármacos [2] o incluso en hipertermia magnética [3]. Los materiales de almacenamiento de tamaño muy pequeño generalmente han encontrado una buena eficiencia si se fabrican en dispositivos pequeños que reducen la dimensión de las máquinas. Estos pequeños dispositivos compuestos por nanopartículas magnéticas desempeñan un papel importante en las industrias y, lo que es más importante, en las aplicaciones biomédicas [4]. Estos materiales se han aplicado a dispositivos de formación de imágenes por resonancia magnética (IRM) que permiten y visualizan el entorno local de las células tisulares de células cancerosas o tumores [5]. Estas nanopartículas magnéticas tienen aplicaciones biomédicas únicas, en particular para tratar enfermedades del sistema nervioso central, y es necesario seguir explorando para encontrar enfoques innovadores en la administración de fármacos para tratar enfermedades del sistema nervioso central (SNC) [6].

La magnetización espontánea se puede crear en una estructura en forma de bucle llamada histéresis por el campo magnético aplicado. Esta característica particular de los materiales ha dado el nombre de materiales ferromagnéticos, y esta propiedad de los materiales se origina en los espines de los electrones y su movimiento orbital alrededor del núcleo. En ausencia de un campo magnético externo, los momentos magnéticos se orientan aleatoriamente, pero cuando se aplica un campo, estos giros se bloquean en un orden particular y un pequeño grupo de giros para formar estructuras similares a dominios. Las estructuras y el bucle de histéresis típico de estos materiales magnéticos se muestran en la Fig. 1. Los metales de transición como el níquel, el cobalto, el cromo y el hierro tienen momentos magnéticos que se originan en las orientaciones de espín y también tienen una contribución orbital al campo magnético [7]. Estas interacciones entre los espines se alinean en un orden particular a una cierta temperatura por debajo de la temperatura de Curie (T _c ) y por encima de esta temperatura, los dominios ferromagnéticos superan la energía térmica [8]. La característica única de la propiedad ferromagnética es tener un bucle de histéresis, caracterizado por la existencia de magnetización de saturación (M _s ) por encima del cual no hay aumento de ninguna propiedad magnética adicional, cualquiera que sea la magnitud del campo magnético aplicado. Otra característica de los materiales ferromagnéticos, la magnetización remanente (M _r ), se almacena incluso en ausencia de campo magnético aplicado, y esta propiedad está relacionada con la memoria o capacidad de almacenamiento de los materiales. Además, estos materiales ferromagnéticos se especifican con el campo coercitivo (H _c ) que mide la magnitud de la dirección inversa del campo magnético para eliminar todo su efecto de magnetización. Estas tres propiedades son de suma importancia para descubrir la fase potencial del material ferromagnético. Existe una competencia entre las energías magnetostática y de anisotropía de intercambio, y existen los dominios de interacción de orden largo y corto [9].

Bucle de histéresis ferromagnética y efecto de las alineaciones del dominio magnético en la aplicación del campo magnético

La propiedad ferroeléctrica [10] caracterizada por la existencia de polarización en presencia de campo eléctrico aplicado es análoga a la propiedad ferromagnética. La diferencia entre el ferroeléctrico y el ferromagnético radica en la estructura de los materiales pero no con los átomos, por lo que el ferroeléctrico es una propiedad intrínseca. Esta propiedad depende de toda la estructura y simetría de los compuestos y del orden, desorden y desplazamiento de los iones que da lugar al mecanismo de ferroelectricidad [11,12,13]. La polarización estructurada está relacionada con la propiedad ferroeléctrica que da como resultado el bucle de histéresis formado a partir de dominios eléctricos. Existe una cierta temperatura por debajo de la cual la fase cambia de paraeléctrica a ferroeléctrica llamada temperatura de transición, que a su vez depende de la naturaleza de los materiales. Estas características de mini dominio de histéresis se muestran en la Fig. 2 y de alguna manera coinciden con el bucle de histéresis magnética. Al trazar un gráfico entre la polarización eléctrica y el campo eléctrico aplicado, se formó una estructura en forma de bucle con polarización de saturación (Ps), polarización remanente (Pr). y campo coercitivo (Hc) [14]. Aquí, el dominio comienza a alinearse en la dirección del campo positivo que da lugar a una polarización rápida y llega a la polarización máxima llamada polarización de saturación, y más allá de esto, no hay más aumento en el valor de polarización. Además, si el campo aplicado se invierte, la polarización tiende a disminuir y alcanza un valor particular donde el campo aplicado es cero. La polarización remanente (polarización residual en el material cuando el campo eléctrico se elimina por completo) es la medida de la retención o remanencia de los materiales utilizados específicamente para la memoria y la capacidad de almacenamiento. Para lograr la polarización cero, el campo eléctrico aplicado debe reducirse aún más. La magnitud del campo eléctrico aplicado donde toda la polarización se vuelve cero se llama campo coercitivo. Estos valores son características de histéresis que dependen de la estructura, naturaleza y tamaño de los materiales ferroeléctricos [15].

Curva de histéresis (P-E) en materiales ferroeléctricos

Multiferroico:una propiedad única y novedosa [16]

El concepto de multiferroico fue introducido por H. Schmidt en 1994 [17], y según la última definición, los materiales multiferroicos poseen simultáneamente dos o más de dos fases ferroicas juntas en un solo material [18]. Estos materiales se convirtieron en objeto de investigación para investigar la naturaleza química y estudiar la física del estado sólido [19]. La investigación masiva en este campo ayudó a desarrollar muchas ideas nuevas para utilizar en aplicaciones de dispositivos. Una de las ideas es introducir los bits multiferroicos que pueden almacenar información en forma de magnetización y polarización. Hay sólo unos pocos materiales que tienen dos o más de dos propiedades ferroicas y, por lo tanto, los materiales multiferroicos son raros [20]. Esta tendencia de materiales que tienen una o más de dos propiedades se ha mostrado en la Fig. 3, donde indica claramente que hay muy pocos materiales que muestren el comportamiento multiferroico [21]. Esta es la razón por la que este campo de investigación es un desafío para el mundo actual y necesita ser enfocado [22]. La rara existencia de multiferroics está relacionada con el mecanismo de comportamiento ferroeléctrico que demanda orbitales d vacíos y, por otro lado, el ferromagnetismo necesita orbitales d parcialmente llenos [23, 24]. Para compensar este tipo de controversias y lograr la naturaleza multiferroica, la estructura de los materiales debe ajustarse de tal manera que un átomo pueda moverse desde el centro para formar dipolos eléctricos y debe estar relacionado con momentos magnéticos. Esto conducirá a un mecanismo alternativo para el magnetismo o la ferroelectricidad. Todavía hay ciertas cosas que pueden explorarse a nanoescala. La naturaleza multiferroica de los materiales nanoestructurados puede abrir nuevos horizontes en las aplicaciones de fabricación de pequeños dispositivos eficientes como chips de computadora y muchos más. La investigación reciente se centra en materiales nanomultiferroicos para fabricación, diseño y aplicaciones. Las estructuras de la pared del dominio ferroeléctrico y la posición de los iones magnéticos juegan un papel importante para obtener la nueva funcionalidad para el desarrollo de dispositivos novedosos. La formación, la ingeniería y la aplicación mediante el cambio de estructuras se pueden utilizar para transportar la información en los últimos dispositivos. Se ha dado un interés continuo y un espacio creciente a los materiales multiferroicos que dieron como resultado el cuarto orden ferroico llamado ferrotoroidicidad [25, 26] y también determinaron las paredes del dominio de conductividad eléctrica que son diferentes de los materiales a granel relacionados con las propiedades de la memoria [27]. También se observó algo bastante nuevo e interesante con la ayuda de técnicas de deposición de películas, que el campo eléctrico da el magnetismo a temperatura ambiente [28]. Aunque el estudio multiferroico ha despertado un interés apreciable por parte de todos los investigadores de todo el mundo, todavía existe un enfoque deficiente para comercializar los materiales multiferroicos que deben acelerarse en un futuro próximo.

Clasificación general de materiales multiferroicos. Adaptado de Eerenstein et al. [21]

Varias clases de compuestos multifferroicos sobre la base de la estructura

Ferritas de bismuto (BiFeO ₃ Compuestos)

Los óxidos ternarios de ferrita de bismuto y los compuestos derivados son estructuras de perovskita y son compuestos multiferroicos prometedores [29]. Este ABO ₃ El compuesto de ferrita de bismuto de perovskita tiene ferroelectricidad del único par de electrones en el metal central A (Bi ³⁺ ) ion que se distorsiona de la posición y la simetría del compuesto perdido que proporciona la propiedad ferroeléctrica [30]. El catión en el sitio de la posición B es Fe ³⁺ ion que es pequeño y tiene electrones d desapareados que dan las propiedades magnéticas de BiFeO ₃ compuesto como se muestra en la Fig. 4 [31]. Aquí, se puede concluir que la polarización es causada por Bi ³⁺ par de electrones solitarios presentes en 6s ² los orbitales y la propiedad magnética surgen de Fe ³⁺ iones. La fabricación de BiFeO ₃ Los nanocompuestos pueden conducir a una nueva dirección de investigación que ayudará a construir materiales multiferroicos interesantes. Hubo problemas de fuga de corriente que redujeron los parámetros eléctricos de las ferritas de bismuto y luego se mejoraron mediante la adición de iones de estroncio-circonio en el BiFeO ₃ -BaTiO ₃ composicion. Además, también se estudiaron sistemáticamente la estructura de fase, la textura de la superficie y las propiedades eléctricas [32]. Se llevó a cabo mucha investigación en perovskita ferroeléctrica BiFeO ₃ para muchos propósitos de aplicación, pero rara vez se ha investigado para la conversión de energía de pequeños movimientos mecánicos en electricidad a pesar de su gran polarización remanente teórica. Pero hubo un informe que mostró que BiFeO ₃ Los nanomateriales tienen ese potencial para nanogeneradores piezoeléctricos sin plomo a gran escala y estas nanopartículas se sintetizaron mediante un proceso sol-gel [33]. Bi ₅ Ti ₃ FeO ₁₅ (BTF) nanofibras multiferroicas sin plomo fueron fabricadas por electrohilado y exhiben un coeficiente micro-piezoeléctrico eficaz con micro-ferroelectricidad benigna [34]. Además, el comportamiento de acoplamiento entre macro-ferroeléctrico y magnetoeléctrico se encontró sin sinterizar y presionando por primera vez y es más pequeño que Bi ₅ Ti ₃ FeO ₁₅ cerámico. Los momentos magnéticos de BiFeO ₃ se equilibraron entre sí mediante dos iones de Fe girando en la dirección opuesta dentro de la célula, y la banda prohibida se encontró alrededor de 20,5 eV [35]. Se analizó la densidad de estados que indica que la banda de valencia está compuesta por los estados Fe-d y O-p, mientras que la banda de conducción está compuesta por los estados Fe-d y Bi-p. La función dieléctrica, la absorción, el índice de refracción, el coeficiente de extinción, la reflectividad y la pérdida de energía electrónica también se informaron para BiFeO ₃ .

un La estructura cristalina de perovskita de BiFeO ₃ adaptado de Seidel et al. [28]. b Estructura de perovskita distorsionada adaptada de Ederer y Spaldin [31]

Magnetita de itrio (YMnO ₃ ) Compuestos

Parece que YMnO ₃ compuesto tiene la misma perovskita ABO ₃ estructura de tipo, pero tiene una estructura cristalina y arreglos electrónicos diferentes. A diferencia de las perovskitas convencionales, las manganitas hexagonales tienen su Mn ³⁺ iones con 5 veces la coordinación, ubicados en el centro de un MnO ₅ biprisma trigonal. Los iones R, por otro lado, tienen una coordinación de 7 veces a diferencia de la coordinación cúbica en las perovskitas. La capa de Y ³⁺ iones diferencia el MnO ₅ bidimensional biprisma como se muestra en la Fig.5, que representa el YMnO ₃ celda unitaria que muestra estructuras iónicas. Se encontró un nuevo concepto de ferroelectricidad antiferromagnética en YMnO ₃ , y la estructura geométrica conduce a las propiedades ferroeléctricas que se acopla con la propiedad magnética de YMnO ₃ compuesto [36]. La inclinación de MnO ₅ El biprisismo trigonal da como resultado la pérdida de la simetría de inversión en la estructura que conduce a las propiedades ferroeléctricas de YMnO ₃ -compuestos de tipo [37]. El acoplamiento entre la ferroelectricidad y el orden magnético es bastante diferente, y esta es la razón principal por la que el acoplamiento magnetoeléctrico no podría ser posible en este tipo de materiales. Pero los movimientos de iones en el MnO ₅ inclinado en capas poliedros conducen al efecto de polarización neto [38, 39] como se muestra en la Fig. 6. También se informó que YMnO ₃ hexagonal Las nanofibras preparadas mediante el método sol-gel y las fibras hiladas preparadas se secaron a 125 ° C con un diámetro uniforme [40]. En un aumento de temperatura de la muestra preparada, hubo un cambio adecuado en la morfología y rango de diámetro con constituyentes químicos homogéneos a lo largo de su longitud.

Estructura cristalina de YMnO ₃ con capas de MnO ₅ poliedros y átomo de Y entre las capas. Adaptado de Wadati et al. [38]

Vista esquemática tridimensional de YMnO ₃ en los estados polarizados. Adaptado de Spaldin et al. [39]

Tierra rara (RMO ₃ , M =Fe, Cr, Mn) Compuestos multifferroicos

La última investigación encontró que los óxidos ternarios de metales de tierras raras que pueden contener elementos de hierro, manganeso y cromo en el sitio B muestran propiedades multiferroicas en las que el ferromagnético débil se acompaña del comportamiento ferroeléctrico a temperatura ambiente [41]. En el caso de RFeO ₃ compuestos, la estructura de este tipo de compuestos es de células unitarias ortorrómbicas [42] con estructura de perovskita distorsionada. Esta distorsión se debe solo al ion de tierras raras R ³⁺ posiciones y la presencia de Fe ³⁺ iones en un entorno octaédrico. Tales estructuras tienen FeO ₆ octaedros en las tres dimensiones, uno de los O ^2- Los iones forman un vértice común entre los dos octaedros, y los dos átomos de hierro proporcionan el enlace de superecambio a través de O ^2- iones. En este concepto, los átomos de Fe están ligeramente inclinados, lo que da como resultado interacciones ferromagnéticas débiles [43]. Dado que la RFeO ₃ Los compuestos están incluidos en la familia de las ferritas centrosimétricas, todavía existe la propiedad ferroeléctrica a temperatura ambiente. Este comportamiento inusual se puede explicar con la literatura que informó un SmFeO ₃ compuesto donde los espines no equivalentes son responsables de la propiedad ferroeléctrica inducida y se les dio el nombre de ferroelectricidad inducida por orden antiferromagnético [44] que se muestra en la Fig. 7.

Estructura cristalina y espectros magnéticos de SmFeO ₃ ortorrómbico . Adaptado de Scoot et al. [44]

La segunda clase de óxidos multiferroicos de tierras raras es el RCrO ₃ a base de cromo. compuestos. En lugar de FeO ₆ estructura, inclinación antifase de CrO ₆ octaedros como se muestra en la Fig.8 estaba presente en ortorrómbicos (RCrO ₃ , R =Y, Gd, Tb) compuestos multiferroicos. La polarización de la naturaleza ferroica se acopla con el orden magnético de las subredes de iones Cr, y la conocida interacción Dzyaloshinskii-Moriya (DM) da lugar a las propiedades ferromagnéticas débiles de Cr ³⁺ iones [45]. GdCrO ₃ Los compuestos, el momento magnético de los iones Cr, son antiparalelos a sus cationes más cercanos y están representados por una configuración de tipo G. La clase de ferroelectricidad de RCrO ₃ Los compuestos aún no se explican adecuadamente, mientras que se asumió que se ha propuesto una distorsión descentrada para el origen del comportamiento ferroeléctrico. Este tipo de mecanismo se informó a granel, nano, películas delgadas de RCrO ₃ compuestos [46,47,48]. En presencia de un campo magnético aplicado, la fuerza de polarización se puede variar en el caso de GdCrO ₃ compuestos. YCrO ₃ es ortorrómbico pero sigue siendo ferroeléctrico, ya que los átomos de Cr se desplazan de la posición en una dirección particular, lo que da como resultado la polarización. Esto muestra el nuevo concepto que se puede visualizar mediante muchas propiedades inusuales de materiales multifuncionalizados.

Estructura cristalina de perovskita ortorrómbica distorsionada de RCrO ₃ . Adaptado de Fender et al. [45]

GdFeO cúbico ₃ partícula por una ruta de síntesis hidrotermal simple y su fotoluminiscencia y propiedades magnéticas fueron investigadas [49]. A través de la investigación de la fotoluminiscencia y las propiedades magnéticas, la GdFeO ₃ cúbica ortorrómbica las partículas exhibieron muy buena luminiscencia dopada, que emite luz de diferentes colores cuando se dopa con diferentes elementos de tierras raras. El GdFeO ₃ las partículas contienen propiedades paramagnéticas. Podría ser un excelente material magnético y luminiscente. Alto acoplamiento magnetoeléctrico mediante el uso de un solo cristal de DyFeO ₃ y GdFeO ₃ ya se ha informado anteriormente, pero la naturaleza multiferroica se produce sólo a muy bajas temperaturas [50]. Síntesis de polvo de estado sólido de GdFeO ₃ y GdCrO ₃ implica la extensa molienda mecánica de los óxidos requeridos (Gd ₂ O ₃ , Fe ₂ O _3, y Cr ₂ O ₃ ) a una temperatura de calcinación suficientemente alta ∼ 1800 ° C. Se informó sobre un método sonoquímico simple para la síntesis de nanopartículas de una serie de orthoferritas de tierras raras. Este proceso sonoquímico permite la síntesis de nanopartículas de orthoferritas de tierras raras a una temperatura de calcinación sustancialmente más baja mediante el uso de precursores simples, pentacarbonilo de hierro y carbonatos de tierras raras. Es de destacar especialmente que no se ha observado la cogeneración de la fase granate, como es habitual en los métodos convencionales. La drástica reducción de la temperatura de calcinación podría deberse a la generación ultrasónica de óxido de hierro amorfo a partir de Fe (CO) ₅ . GdFeO de tamaño nanométrico ₃ , ErFeO ₃ , TbFeO ₃ y EuFeO ₃ fueron preparados por este método, y sus propiedades magnéticas también se estudiaron en detalle [51]. Nanopartículas de ortoferrita altamente cristalinas (tipo La _{1 − x} Gd _x FeO ₃ , donde x =0 a 1) se prepararon utilizando el método de autocombustión. Nuestro interés particular es la caracterización de las propiedades estructurales y magnéticas de compuestos dados con un fuerte énfasis en el papel de Gd ³⁺ iones en la modulación de la estructura y respuesta magnética [52]. Perovskitas con composición MFeO ₃ son una clase de materiales que tienen aplicaciones potenciales tales como catalizadores [53], sensores, [54] semiconductores y [55] materiales magnéticos y magneto-ópticos [56]. La síntesis de fase selectiva de LnFeO ₃ (Ln =tierras raras) es un desafío porque hay fases coexistentes no deseadas [57, 58]. Gd ₂ impulsado por luz visible Ti ₂ O ₇ / GdCrO ₃ compuesto para el desprendimiento de hidrógeno, y una serie de Gd ₂ Ti ₂ O ₇ / GdCrO ₃ los compuestos se preparan mediante combustión en estado sólido. Se examina la actividad fotocatalítica de los compuestos para la producción de hidrógeno sin utilizar ningún cocatalizador bajo iluminación de luz visible. La velocidad de formación de hidrógeno se mide mediante el dispositivo de medición de la actividad fotocatalítica y la cromatografía de gases (GC). La mayor eficiencia se observa sobre el compuesto GTC (Cr:Gd:Ti =1:1:1). Sobre la base de las mediciones de fotocorriente y PL, se ha discutido un mecanismo para la actividad fotocatalítica mejorada [59]. Propiedades magnéticas inusuales de la ortoferrita nanocristalina, GdFeO ₃ , sintetizado por la ruta convencional de reacción en estado sólido (SSR) basada en la mezcla estequiométrica de Fe ₂ O ₃ y Di-s ₂ O ₃ se han encontrado en el informe [60]. Las muestras policristalinas de GdFe _1-x Ni _x O ₃ ( x =0,0, 0,1) se preparan mediante la ruta de reacción en estado sólido. También se notó que Ni ³⁺ la sustitución de iones da como resultado la contracción de la red y la mejora de una constante dieléctrica, pérdida de tangente y conductividad de CA [61].

Los únicos estudios magnéticos disponibles se centraron en la espectrometría de Mossbauer para sondear las transiciones SR inducidas por el campo en DFO [62, 63]. Entre estos compuestos, DFO es la única orthoferritas de tierras raras que muestra la transición de Morin a 35 K seguida de tres transiciones anómalas a temperaturas de 77 K, 130 K y 270 K que se originan probablemente debido al efecto de reorientación de espín (SR) inducido por el campo que se origina de la interacción magnética competitiva entre Dy ³⁺ y Fe ³⁺ iones. Se informó sobre la síntesis asistida por microondas de cromitas de tierras raras y sus propiedades físicas. Las mediciones de magnetización mostraron que la temperatura de Neel para el Cr ³⁺ antiferromagnético -Cr ³⁺ ordenar depende en gran medida de RE ³⁺ Existe un radio iónico y una rica variedad de diferentes interacciones de espín magnético. En pellets sinterizados, las diferencias electrónicas en el límite de grano y el material a granel interior, lo que da las dos relajaciones dieléctricas monitoreadas por espectroscopía dieléctrica. Los datos de difracción de rayos X, espectroscopía Raman y permitividad dieléctrica dependiente de la temperatura no indican una no centrosimetría potencial en el cristal o ferroelectricidad concomitante. Se han realizado esfuerzos sistemáticos para preparar una serie completa de (RE) CrO ₃ compuestos, que pueden parecerse en la estructura de YCrO ₃ compuesto. Se informó una investigación detallada de las propiedades magnéticas y dieléctricas y sus correlaciones con un enfoque particular en el posible comportamiento magnetoeléctrico o multiferroico observado [64]. Las propiedades de transporte de carga en (RE) CrO ₃ Se ha afirmado que los materiales implican semiconductividad de tipo p con sensibilidad a la humedad, metanol, etanol y varios gases, lo que es útil para posibles aplicaciones de sensores. [65, 66]. Además, LaCrO ₃ y sus variantes dopadas son candidatas para su aplicación como materiales interconectados en pilas de combustible de óxido sólido [67, 68] y como catalizadores para la oxidación de hidrocarburos [69]. Ortoferritas de tierras raras del tipo LnFeO ₃ (Ln =Gd, Dy, Sm) están cristalizando la estructura de perovskita distorsionada ortorrómbicamente. La presencia de polarización eléctrica en el estado ferromagnético débil de DyFeO ₃ se informó en una muestra policristalina, [70] en la que la ferroelectricidad desaparece por debajo de la temperatura de reorientación del giro. La importancia del campo local inducido en los iones Dy por el momento ferromagnético débil de la subred de Fe en el G ₄ La estructura es revelada por los espectros de campo cero [71] Fe Mossbauer de DyCrO ₃ . Susceptibilidad magnética de ortocromitas pesadas de tierras raras a temperaturas más altas [72] y propiedades magnetocalóricas de DyCrO ₃ sustituido con tierras raras también se han informado [73]. La investigación detallada de la interacción magnética se encontró en DyCrO ₃ polvos a granel [74] que utilizan el método de síntesis hidrotermal. Estudios detallados sobre CeCrO ₃ nanocristalino se encontró que exhiben multifuncionalidades como antiferromagnetismo, comportamiento relajante y una banda prohibida óptica en la región visible. Esta ruta de síntesis recién desarrollada abre las inmensas posibilidades de preparación del hasta ahora desconocido Ce ³⁺ -óxidos mixtos de base análoga a otras tierras raras (RE ³⁺ ) homólogos [75]. El estado metaestable inducido por campo con orden polar eléctrico aparece a las temperaturas de orden magnético de Cr ³⁺ iones en las ortocromitas de tierras raras débilmente ferromagnéticas (RCrO ₃ , donde R es un ion magnético de tierras raras), que exhibe una polarización eléctrica relativamente grande ~ 0.2–0.8 μC / cm ² , comenzando a temperaturas bastante altas (~ 120–250 K) correspondientes a las temperaturas de Neel del subsistema Cr [76]. Propiedades magnéticas estáticas y dinámicas y efecto de la química de la superficie sobre la morfología y cristalinidad de DyCrO ₃ Se han informado nanoplaquetas [77].

También se informó que las ortoferritas nanométricas pueden usarse como fotocatalizadores en la descomposición del agua o la degradación de tintes bajo irradiación de luz. Esta área de investigación se ha ampliado significativamente debido al advenimiento de una nueva clase de óxidos que exhiben interesantes propiedades multiferroicas y magnetoeléctricas que surgen de la ferroelectricidad inducida magnéticamente. Curiosamente, estos materiales son óxidos de metales de transición simples, la mayoría de ellos con estructura de perovskita. Características novedosas de ferritas y cromitas multiferroicas y magnetoeléctricas que exhiben ferroelectricidad impulsada magnéticamente. Se ha visto que casi todos los fotocatalizadores de semiconductores de óxido son estables pero activos bajo irradiación de luz ultravioleta. El desarrollo de un método suave general para preparar cromitas de tierras raras de tamaño y forma de cristal uniforme es importante para otras aplicaciones relacionadas con monocristales. Los monocristales de tamaño micrométrico conservan más propiedades a granel en comparación con sus correspondientes homólogos policristalinos adquiridos con precursores tratados a alta temperatura. Comprender las estructuras cristalinas y las estructuras de bandas de óxidos metálicos complejos es sin duda un aspecto clave para explorar funcionalidades nuevas o mejoradas. Para las reacciones a baja temperatura, en particular las topoquímicas, es igualmente importante la comprensión de los factores que dirigen las estructuras finales durante una reacción, como la fase intermedia y la ruta de migración de iones, utilizando consideraciones tanto cinéticas como termodinámicas. Además, tal conocimiento, como se demuestra aquí por el trabajo de película delgada, definitivamente ayudará en el desarrollo de nuevos conductores de iones hacia aplicaciones de baja temperatura. Las paredes macroporosas están compuestas de nanopartículas de ortoferrita de tierras raras, y estos materiales jerárquicamente porosos muestran altas actividades catalíticas para la reacción CO + NO, y el NO se puede convertir completamente en N ₂ a temperaturas tan bajas como 350 ° C, lo que indica su potencial en la conversión catalítica de gases de escape de automóviles y otros campos relacionados con la catálisis. Esta estrategia de síntesis es un método fácil para la preparación de materiales porosos jerárquicos y puede darnos una guía para la síntesis de materiales funcionales con otras aplicaciones catalíticas [78]. Con el desarrollo de la industria del automóvil, los gases de escape de los automóviles se han convertido en una de las principales fuentes de contaminación del aire. El control de la contaminación del escape de los automóviles es particularmente importante para reducir la contaminación del aire. TbFeO ₃ compounds which possess space group Pbnm may have antiferromagnetic interactions by the presence of Fe spin ions in one direction and the ferromagnetic in other direction with the (TN) Neel temperature of 650 K [79, 80]. The work that has been found for synthesis characterization and the properties of TbFeO₃ compound needs to be explored much more as compared to other rare earth oxide ferrites [81,82,83]. The choice to select the atom at A site has become an important concern and may be related with leakage and the loss of multiferroic nature. The structures and magnetic phase transitions in the Mn-doped orthoferrite TbFeO₃ studied by neutron powder diffraction have been reported [84].

Ternary Metal Oxide Nano-Material Applications

The application of multiferroic materials is expected from the data values of polarization and magnetization with the existence of magnetoelectric coupling. This could be the main reason that these interesting materials have to be considered in today’s research of solid state physics and chemistry and may utilize in electronic memory and optical transducer devices [85,86,87]. These materials not only possess the memory capacity but may also have sensing properties with magnetic and electronic nature. Multiferroic materials need to be explored further for novel devices by reducing thermal noise for the use of capacitive reading and can replace the magnetoresistive materials [88]. These magnetic-related properties are more sensitive than conventional resistive measurements that allow the magnetic bit density and posses four state memory property [89] which was demonstrated by the encoded information with the help of polarization and magnetization that too measured by resistance measurements. Many nanostructured and nanoscale coating materials have been suggested as possible friction modifying agents, such as carbides, nitrides, metals, and various ceramics. In conclusion, nanotechnology helps to create vehicles possessing properties to endure the harsh conditions of space. Both magnetic and electric properties have the advantage to store data that could be written electrically and read magnetically. This advantages of multiferroic avoid the generation of large load fields to write and read problems [90]. Fe-RAMS devices have been designated using the concept of ferroelectric writing and ferromagnetic reading, and the retained non-volatile memory has been increased thousand times and even more by the use of the same materials at nano-regime. Thus, nanomaterials having such multiferroic properties have tremendous applications in all devices such as memory, sensory, and optical. The size-dependent unconventional multiferroic compounds in nanodots having emerging magnetic properties along with ferroelectric properties were reported. The nanometric size with nonstoichiometric induces the ferromagnetism with host ferroelectric phase and is susceptible to surface morphology that enables to control the properties at the nanoscale [91]. The magnetoelectric coefficients increase on reducing the particle size and could be related with high strain and suppression of spin spiral structure. The electric and magnetic properties of Bi_0.90 Tb_0.10 FeO₃ nanoparticles depend on the particle sizes and were revealed high as the particle size decreases [92]. In case of Bi₂ Fe₄ O ₉ polycrystalline, the magnetic and ferroelectric properties were investigated with different grain size [93]. Grain size effects the decrease of the ferromagnetic part, but the antiferromagnetic component part dominates as the size increases and shifts the Neel temperature to a higher value. Ferroelectric properties lead to non-volatile data storage devices and high demand in ultrafast electronic instruments which are portable and have high density to storage with less power consumption. Therefore, it is essential to fabricate and to develop such multiferroic nanomaterials which have high sensitivity and efficiency and have a bulk of applications in all segments of machines.

Conclusión

Multiferroic ABO₃ type compounds have been focused in the present review based on their structure, composition, and contribution to ferroelectric and ferromagnetic properties. The various factors that improve or decrease the multiferroic properties were taken into consideration. The significant efforts for the synthesis and development of ABO₃ -based perovskite multiferroic compounds were also mentioned. We attempted to give the outline of specific ternary metal oxide multiferroic compounds that may include bismuth ferrites, yttrium magnates, and rare earth oxides. These ABO₃ multiferroic compounds have a lot of applications such as in microelectronic devices, sensors, and storage devices. It is not impossible but rather it is hard to get the breakthroughs of multiferroic compounds in the field of commercialization, and this kind of expectation is expected with the help of research that these productive insights will come soon. It could take further time to develop new materials to achieve the applications in other areas such as magnetoelectric sensors and magnetometers or antennas. There is always a room for improvement of these multiferroic materials and has a lot of market potential in magnetic anomaly detection, navigation, and biomagnetic sensing. If these multiferroic materials are successfully prepared, developed and then commercialized, it will be a breakthrough or huge impact on everyday life and people may choose to stay in academia, join industry, or even start up new businesses.