Мультиферроидные оксиды переходных металлов ABO3:редкое взаимодействие сегнетоэлектричества и магнетизма

Введение

Магнитные свойства объектов в наномасштабе получили название концепции наномагнетизма с областью исследования во всех областях науки. Свойства и применение магнитных наночастиц, нанопленок, наностержней и многих других ранее также использовались в геологии в качестве феррожидкостей и имеют достаточно возможностей для изучения в будущем [1]. Эти передовые материалы использовались в других аспектах, например, в громкоговорителях и в области медицины для доставки лекарств [2] или даже в магнитной гипертермии [3]. Материалы для хранения очень маленького размера, как правило, имеют хорошую эффективность, если они производятся в небольших устройствах, что уменьшает габариты машин. Эти небольшие устройства, состоящие из магнитных наночастиц, играют важную роль в промышленности и, что наиболее важно, в биомедицинских приложениях [4]. Эти материалы были применены к устройствам магнитно-резонансной томографии (МРТ), которые позволяют визуализировать локальную среду тканевых клеток раковых клеток или опухолей [5]. Эти магнитные наночастицы имеют уникальное биомедицинское применение, в частности, для лечения заболеваний центральной нервной системы, и требуют дальнейшего изучения, чтобы найти инновационные подходы к доставке лекарств для лечения заболеваний центральной нервной системы (ЦНС) [6].

Спонтанное намагничивание может быть создано в петлеобразной структуре, называемой гистерезисом, под действием приложенного магнитного поля. Эта особенность материалов дала название ферромагнитным материалам, и это свойство материалов происходит от электронных спинов и их орбитального движения вокруг ядра. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты ориентированы случайным образом, но при приложении поля эти спины фиксируются в определенном порядке, а небольшая группа спинов формирует доменные структуры. Структуры и типичная петля гистерезиса этих магнитных материалов показаны на рис. 1. Переходные металлы, такие как никель, кобальт, хром и железо, имеют магнитные моменты, обусловленные ориентацией спина, а также вносят орбитальный вклад в магнитное поле [7]. Эти взаимодействия между спинами выровнены в одном конкретном порядке при определенной температуре ниже температуры Кюри (T _c ) и выше этой температуры ферромагнитные домены преодолевают тепловую энергию [8]. Уникальной характеристикой ферромагнитного свойства является наличие петли гистерезиса, характеризующейся наличием намагниченности насыщения (M _s ), выше которого не происходит дальнейшего увеличения магнитных свойств, каким бы ни была величина приложенного магнитного поля. Еще одна особенность ферромагнетиков - остаточная намагниченность (M _r ), сохраняется даже в отсутствие приложенного магнитного поля, и это свойство связано с памятью или емкостью материалов. Кроме того, эти ферромагнитные материалы задаются коэрцитивным полем (H _c ), который измеряет величину обратного направления магнитного поля, чтобы устранить весь его эффект намагничивания. Эти три свойства имеют первостепенное значение для определения потенциальной фазы ферромагнитного материала. Существует конкуренция между обменной магнитостатической энергией и энергиями анизотропии, и существуют области взаимодействия длинного и короткого порядка [9].

Ферромагнитная петля гистерезиса и влияние выравнивания магнитных доменов на приложение магнитного поля

Сегнетоэлектрическое свойство [10], характеризующееся наличием поляризации в присутствии приложенного электрического поля, аналогично ферромагнитному свойству. Разница между сегнетоэлектриком и ферромагнетиком заключается в структуре материалов, а не в атомах, поэтому сегнетоэлектрик является внутренним свойством. Это свойство зависит от всей структуры и симметрии соединений, а также порядка, беспорядка и смещения ионов, что приводит к механизму сегнетоэлектричества [11,12,13]. Структурированная поляризация связана с сегнетоэлектрическим свойством, которое приводит к петле гистерезиса, сформированной из электрических доменов. Существует определенная температура, ниже которой фазовый переход от параэлектрика к сегнетоэлектрику называется температурой перехода, которая, в свою очередь, зависит от природы материалов. Эти мини-доменные характеристики гистерезиса показаны на рис. 2 и некоторым образом совпадают с петлей магнитного гистерезиса. Построив график зависимости электрической поляризации от приложенного электрического поля, была сформирована петлеобразная структура с поляризацией насыщения (Ps) и остаточной поляризацией (Pr). и коэрцитивное поле (Hc) [14]. Здесь домен начинает выравниваться в положительном направлении поля, что вызывает быструю поляризацию, и достигает максимальной поляризации, называемой поляризацией насыщения, и после этого не происходит дальнейшего увеличения значения поляризации. Кроме того, если приложенное поле меняется на противоположное, поляризация имеет тенденцию к уменьшению и достигает определенного значения, при котором приложенное поле равно нулю. Остаточная поляризация (остаточная поляризация в материале, когда электрическое поле полностью удалено) - это мера удерживающей способности или остаточной остаточной способности материалов, используемых специально для памяти и емкости памяти. Чтобы достичь нулевой поляризации, необходимо дополнительно уменьшить приложенное электрическое поле. Величина приложенного электрического поля, при которой вся поляризация становится нулевой, называется коэрцитивным полем. Эти значения являются характеристиками гистерезиса, который зависит от структуры, природы и размера сегнетоэлектрических материалов [15].

Кривая гистерезиса (P-E) в сегнетоэлектрических материалах

Мультиферроик:уникальное и новое свойство [16]

Концепция мультиферроика была введена Х. Шмидтом в 1994 г. [17], и согласно последнему определению, мультиферроидные материалы обладают одновременно двумя или более чем двумя ферроичными фазами в одном материале [18]. Эти материалы стали предметом исследования для изучения химической природы и изучения физики твердого тела [19]. Массовые исследования в этой области помогли разработать множество новых идей для использования в приложениях для устройств. Одна из идей - ввести мультиферроидные биты, которые могут хранить информацию в форме намагниченности и поляризации. Лишь немногие материалы обладают двумя или более чем двумя ферроичными свойствами, поэтому мультиферроидные материалы встречаются редко [20]. Эта тенденция материалов, обладающих одним или более чем двумя свойствами, показана на рис. 3, где четко указано, что очень мало материалов, демонстрирующих мультиферроидное поведение [21]. Это причина того, почему эта область исследований является проблемой для современного мира и требует особого внимания [22]. Редкое существование мультиферроиков связано с механизмом сегнетоэлектрического поведения, который требует пустых d-орбиталей, а с другой стороны, ферромагнетизм требует частично заполненных d-орбиталей [23, 24]. Чтобы компенсировать такого рода противоречия и достичь мультиферроидной природы, структура материалов должна быть настроена таким образом, чтобы атом мог перемещаться из центра, образуя электрические диполи, и должен быть связан с магнитными моментами. Это приведет либо к альтернативному механизму магнетизма, либо к сегнетоэлектричеству. Есть еще некоторые вещи, которые можно исследовать в наномасштабе. Мультиферроидная природа наноструктурированных материалов может открыть новые горизонты в приложениях для создания небольших эффективных устройств, таких как компьютерные микросхемы, и многих других. Недавние исследования сосредоточены на нано-мультиферроидных материалах для производства, проектирования и применения. Сегнетоэлектрические структуры доменных стенок и положение магнитных ионов играют важную роль в обеспечении новой функциональности для разработки новых устройств. Формирование, проектирование и применение путем изменения структур можно использовать для передачи информации в новейших устройствах. Непрерывный интерес и растущий интерес вызывают мультиферроидные материалы, которые привели к четвертому ферроидному порядку, названному ферротороидностью [25, 26], а также определили доменные стенки электропроводности, которые отличаются от объемных материалов, связанных со свойствами памяти [27]. С помощью техники осаждения пленок также было обнаружено совершенно новое интересное явление:электрическое поле придает магнетизм при комнатной температуре [28]. Хотя исследование мультиферроиков вызвало заметный интерес со стороны всех исследователей во всем мире, все еще существует плохой подход к коммерциализации мультиферроиков, который необходимо ускорить в ближайшем будущем.

Общая классификация мультиферроидных материалов. По материалам Eerenstein et al. [21]

Различные классы мультиферроидных соединений на основе структуры

Ферриты висмута (BiFeO ₃ Соединения)

Трехкомпонентные оксиды феррита висмута и производные соединения представляют собой структуры перовскита и являются многообещающими мультиферроидными соединениями [29]. Это НПА ₃ соединение феррита висмута перовскита имеет сегнетоэлектричество от неподеленной пары электронов в центральном металле A (Bi ³⁺ ) ион, который искажается из-за положения, и теряется симметрия соединения, что обеспечивает сегнетоэлектрические свойства [30]. Катион в позиции B - Fe ³⁺ . ион, который мал и имеет неспаренные d-электроны, которые придают магнитные свойства BiFeO ₃ состав, как показано на рис. 4 [31]. Здесь можно сделать вывод, что поляризация вызвана Bi ³⁺ электроны неподеленной пары, присутствующие в 6s ² орбитали и магнитные свойства проистекают из Fe ³⁺ ионы. Изготовление BiFeO ₃ Наносоединение может привести к новому направлению исследований, которое поможет создавать интересные мультиферроидные материалы. Были проблемы с током утечки, который снижал электрические параметры ферритов висмута и позже был улучшен за счет добавления ионов стронция-циркония в BiFeO ₃ -BaTiO ₃ композиты. В дальнейшем также систематически изучались фазовая структура, текстура поверхности и электрические свойства [32]. Большое количество исследований проводилось в сегнетоэлектрическом перовските BiFeO ₃ . для многих прикладных целей, но редко исследовался на предмет преобразования энергии крошечных механических движений в электричество, несмотря на его большую теоретическую остаточную поляризацию. Но был один отчет, который показал, что BiFeO ₃ наноматериалы обладают таким потенциалом для создания крупномасштабных бессвинцовых пьезоэлектрических наногенераторов, и эти наночастицы были синтезированы с помощью золь-гель процесса [33]. Би ₅ Ti ₃ FeO ₁₅ (BTF) мультиферроидные бессвинцовые нановолокна были изготовлены методом электроспиннинга и демонстрируют эффективный микропьезоэлектрический коэффициент с благоприятным микро-сегнетоэлектричеством [34]. Кроме того, поведение связи между макросегнетоэлектриком и магнитоэлектриком было впервые обнаружено путем несекания и прессования, и оно меньше, чем Bi ₅ Ti ₃ FeO ₁₅ керамический. Магнитные моменты BiFeO ₃ были уравновешены друг друга двумя ионами Fe, вращающимися в противоположном направлении внутри ячейки, и была обнаружена ширина запрещенной зоны около 20,5 эВ [35]. Плотность состояний была проанализирована, что указывает на то, что валентная зона состоит из состояний Fe-d и O-p, а зона проводимости состоит из состояний Fe-d и Bi-p. Для BiFeO ₃ также были указаны диэлектрическая функция, поглощение, показатель преломления, коэффициент экстинкции, отражательная способность и потеря энергии электронов. .

а Кристаллическая структура перовскита BiFeO ₃ адаптировано из Seidel et al. [28]. б Искаженная структура перовскита адаптирована из Эдерера и Спалдина [31]

Иттрий-магнетит (YMnO ₃ ) Соединения

Похоже, что YMnO ₃ соединение имеет тот же перовскит АВО ₃ Типовая структура, но у него другая кристаллическая структура и электронное устройство. В отличие от обычных перовскитов, гексагональные манганиты имеют Mn ³⁺ ионы с 5-кратной координацией, расположенные в центре MnO ₅ тригональная би-призма. С другой стороны, ионы R имеют 7-кратную координацию, в отличие от кубической координации в перовскитах. Слой Y ³⁺ ионы отличает двумерный MnO ₅ бипризма, как показано на рис. 5, который представляет собой YMnO ₃ элементарная ячейка, показывающая ионные структуры. В YMnO ₃ была найдена новая концепция антиферромагнитного сегнетоэлектричества. , а геометрическая структура приводит к сегнетоэлектрическим свойствам, которые сочетаются с магнитными свойствами YMnO ₃ соединение [36]. Наклон MnO ₅ тригональная бипризма приводит к потере инверсионной симметрии в структуре, что обуславливает сегнетоэлектрические свойства YMnO ₃ соединения -типа [37]. Связь между сегнетоэлектричеством и магнитным порядком совершенно непохожа, и это основная причина, по которой магнитоэлектрическая связь не может быть возможна в материалах такого типа. Но движение ионов в наклонно-слоистом MnO ₅ многогранники приводят к общему эффекту поляризации [38, 39], как показано на рис. 6. Также сообщалось, что гексагональный YMnO ₃ нановолокна, полученные золь-гель методом, и подготовленные пряденые волокна сушили при 125 ° C до однородного диаметра [40]. При повышении температуры приготовленного образца наблюдалось соответствующее изменение морфологии и диапазона диаметров с однородными химическими составляющими по всей его длине.

Кристаллическая структура YMnO ₃ со слоями MnO ₅ многогранники и атом Y между слоями. По материалам Wadati et al. [38]

Трехмерное схематическое изображение YMnO ₃ в поляризованных состояниях. По материалам Spaldin et al. [39]

Редкая земля (RMO ₃ , M =Fe, Cr, Mn) Мультиферроидные соединения

Последние исследования показали, что тройные оксиды редкоземельных металлов, которые могут содержать элементы железа, марганца и хрома в позиции B, проявляют мультиферроидные свойства, в которых слабый ферромагнетик сопровождается сегнетоэлектрическим поведением при комнатной температуре [41]. В случае RFeO ₃ соединений, структура такого типа соединений представляет собой орторомбическую элементарную ячейку [42] с искаженной структурой перовскита. Это искажение вызвано редкоземельным ионом R ³⁺ позиции и присутствие Fe ³⁺ ионы в октаэдрическом окружении. В таких структурах FeO ₆ октаэдры в трех измерениях, один из O ^2- ионы образуют одну общую вершину между двумя октаэдрами, а два атома железа обеспечивают суперобменную связь через O ^2- ионы. В этой концепции атомы Fe слегка наклонены, что приводит к слабым ферромагнитным взаимодействиям [43]. Поскольку RFeO ₃ соединения входят в семейство центросимметричных ферритов, сохраняется сегнетоэлектрическое свойство при комнатной температуре. Это необычное поведение можно объяснить с помощью литературы, в которой сообщается о SmFeO ₃ соединение, в котором неэквивалентные спины ответственны за индуцированные сегнетоэлектрические свойства и получили название сегнетоэлектричества, индуцированного антиферромагнитным упорядочением [44], которое показано на рис. 7.

Кристаллическая структура и магнитные спектры ромбического SmFeO ₃ . По материалам Scoot et al. [44]

Второй класс мультиферроидных оксидов редкоземельных элементов - это RCrO ₃ на основе хрома. соединения. Вместо FeO ₆ структура, противофазный наклон CrO ₆ октаэдры, показанные на рис. 8, присутствовали в орторомбической (RCrO ₃ , R =Y, Gd, Tb) мультиферроидные соединения. Поляризация ферроидов сочетается с магнитным упорядочением подрешеток ионов Cr, а хорошо известное взаимодействие Дзялошинского-Мория (DM) приводит к слабым ферромагнитным свойствам Cr ³⁺ ионы [45]. GdCrO ₃ соединения, магнитный момент ионов Cr, антипараллельны его ближайшим катионам и представлены конфигурацией G-типа. Класс сегнетоэлектричества RCrO ₃ соединения до сих пор должным образом не объяснены, в то время как предполагалось, что нецентральное искажение является причиной сегнетоэлектрического поведения. О таком механизме сообщалось в объемных, нано, тонких пленках RCrO ₃ соединения [46,47,48]. В присутствии приложенного магнитного поля сила поляризации может варьироваться в случае GdCrO ₃ соединения. YCrO ₃ является ромбической, но все же сегнетоэлектрической, поскольку атомы Cr смещены из своего положения в определенном направлении, что приводит к поляризации. Это демонстрирует новую концепцию, которую можно визуализировать по множеству необычных свойств многофункциональных материалов.

Искаженная ромбическая кристаллическая структура перовскита RCrO ₃ . По материалам Fender et al. [45]

Кубический GdFeO ₃ частицы простым гидротермальным путем синтеза, ее фотолюминесценция и магнитные свойства были исследованы [49]. Благодаря исследованию фотолюминесценции и магнитных свойств ромбический кубический GdFeO ₃ частицы демонстрировали очень хорошую легированную люминесценцию, которая излучает разноцветный свет при легировании различными редкоземельными элементами. GdFeO ₃ частицы обладают парамагнитными свойствами. Это мог быть отличный люминесцентный и магнитный материал. Высокая магнитоэлектрическая связь за счет использования одного монокристалла DyFeO ₃ и GdFeO ₃ сообщалось ранее, но мультиферроидная природа проявляется только при очень низкой температуре [50]. Твердотельный порошковый синтез GdFeO ₃ и GdCrO ₃ включает в себя обширное механическое измельчение необходимых оксидов (Gd ₂ О ₃ , Fe ₂ О _3, и Cr ₂ О ₃ ) при достаточно высокой температуре прокаливания ∼ 1800 ° C. Сообщается о простом сонохимическом методе синтеза наночастиц ряда редкоземельных ортоферритов. Этот сонохимический процесс позволяет синтезировать наночастицы ортоферритов редкоземельных элементов при существенно более низкой температуре прокаливания с использованием простых предшественников, пентакарбонила железа и карбонатов редкоземельных элементов. Особо следует отметить, что когенерация фазы граната не наблюдалась, как это обычно бывает при использовании традиционных методов. Резкое снижение температуры прокаливания могло быть связано с ультразвуковым образованием аморфного оксида железа из Fe (CO) ₅ . Наноразмерный GdFeO ₃ , ErFeO ₃ , TbFeO ₃ , и EuFeO ₃ были получены этим методом, а также детально исследованы их магнитные свойства [51]. Высококристаллические наночастицы ортоферрита (тип La _1-x Б-г _x FeO ₃ , где x =от 0 до 1) были приготовлены методом самовоспламенения. Наш особый интерес представляет характеристика структурных и магнитных свойств данных соединений с особым упором на роль Gd ³⁺ ионы при модуляции структуры и магнитного отклика [52]. Перовскиты состава MFeO ₃ представляют собой класс материалов, имеющих потенциальное применение, таких как катализаторы [53], сенсоры, [54] полупроводники, а также [55] магнитные и магнитооптические материалы [56]. Фазоселективный синтез LnFeO ₃ (Ln =редкоземельный элемент) является сложной задачей, поскольку существуют нежелательные сосуществующие фазы [57, 58]. Управляемый видимым светом Gd ₂ Ti ₂ О ₇ / GdCrO ₃ сообщалось о композите для выделения водорода, а также о серии Gd ₂ Ti ₂ О ₇ / GdCrO ₃ композиты получают твердотельным сжиганием. Фотокаталитическая активность композитов исследуется в отношении получения водорода без использования какого-либо сокатализатора при освещении видимым светом. Скорость образования водорода измеряется устройством для измерения фотокаталитической активности и газовой хроматографией (ГХ). Наибольшая эффективность наблюдается у композитного GTC (Cr:Gd:Ti =1:1:1). На основе измерений фототока и ФЛ был обсужден механизм повышенной фотокаталитической активности [59]. Необычные магнитные свойства нанокристаллического ортоферрита GdFeO ₃ , синтезированный обычным способом твердофазной реакции (SSR) на основе стехиометрического смешения Fe ₂ О ₃ и Б-г ₂ О ₃ найдены в отчете [60]. Поликристаллические образцы GdFe _1-x Ни _x О ₃ ( x =0,0, 0,1) получают методом твердотельной реакции. Также было замечено, что Ni ³⁺ замещение ионов приводит к сжатию решетки и увеличению диэлектрической проницаемости, касательных потерь и проводимости по переменному току [61].

Единственные доступные магнитные исследования были сосредоточены на мессбауэровской спектрометрии для исследования индуцированных полем переходов СИ в DFO [62, 63]. Среди этих соединений DFO - единственные редкоземельные ортоферриты, в которых наблюдается переход Морина при 35 K, за которым следуют три аномальных перехода при температурах 77 K, 130 K и 270 K, которые, вероятно, возникают из-за вызванного полем эффекта спиновой переориентации (SR). от конкурирующего магнитного взаимодействия между Dy ³⁺ и Fe ³⁺ ионы. Сообщалось о синтезе хромитов редкоземельных элементов и физических свойствах с помощью микроволн. Измерения намагниченности показали, что температура Нееля для антиферромагнетика Cr ³⁺ -Cr ³⁺ порядок сильно зависит от RE ³⁺ ионный радиус и большое разнообразие различных магнитных спиновых взаимодействий. На спеченных таблетках электронные различия на границах зерен и внутри объемного материала, что дает две диэлектрические релаксации, контролируемые диэлектрической спектроскопией. Данные рентгеновской дифракции, рамановской спектроскопии и температурно-зависимой диэлектрической проницаемости не указывают на потенциальную нецентросимметрию в кристалле или сопутствующее сегнетоэлектричество. Были предприняты систематические усилия для получения полной серии (RE) CrO ₃ соединения, которые могут напоминать по структуре YCrO ₃ сложный. Сообщалось о подробном исследовании магнитных и диэлектрических свойств и их корреляций с особым вниманием к наблюдаемым возможным магнитоэлектрическим или мультиферроикам [64]. Свойства переноса заряда в (RE) CrO ₃ Утверждается, что материалы включают полупроводимость p-типа с чувствительностью к влажности, метанолу, этанолу и некоторым газам, что полезно для потенциальных сенсорных приложений. [65, 66]. Кроме того, LaCrO ₃ и его легированные варианты являются кандидатами на применение в качестве взаимосвязанных материалов в твердооксидных топливных элементах [67, 68] и в качестве катализаторов окисления углеводородов [69]. Редкоземельные ортоферриты типа LnFeO ₃ (Ln ¼ Gd, Dy, Sm) кристаллизуют ромбически искаженную структуру перовскита. Наличие электрической поляризации в слабоферромагнитном состоянии DyFeO ₃ сообщалось о поликристаллическом образце [70], в котором сегнетоэлектричество исчезает ниже температуры спиновой переориентации. Важность локального поля, индуцированного на ионах Dy слабым ферромагнитным моментом подрешетки Fe в G ₄ структура обнаружена с помощью [71] Fe мессбауэровских спектров DyCrO ₃ в нулевом поле . Магнитная восприимчивость тяжелых редкоземельных ортохромитов при более высоких температурах [72] и магнитокалорические свойства замещенного редкоземельными элементами DyCrO ₃ также сообщалось [73]. Детальное исследование магнитного взаимодействия было найдено в DyCrO ₃ насыпные порошки [74] методом гидротермального синтеза. Детальные исследования нанокристаллического CeCrO ₃ было обнаружено, что они обладают многофункциональными свойствами, такими как антиферромагнетизм, релаксорное поведение и оптическая запрещенная зона в видимой области. Этот недавно разработанный путь синтеза открывает огромные возможности получения ранее неизвестного Ce ³⁺ смешанные оксиды на основе, аналогичные другим редкоземельным элементам (RE ³⁺ ) аналоги [75]. Индуцированное полем метастабильное состояние с электрическим полярным порядком возникает при температурах магнитного упорядочения Cr ³⁺ ионы в слабоферромагнитных ортохромитах редкоземельных элементов (RCrO ₃ , где R - магнитный редкоземельный ион), обладающий относительно большой электрической поляризацией ~ 0,2–0,8 мкКл / см ² , начиная с достаточно высоких температур (~ 120–250 K), соответствующих температурам Нееля подсистемы Cr [76]. Статические и динамические магнитные свойства и влияние химии поверхности на морфологию и кристалличность DyCrO ₃ о нанопластинках [77].

Также сообщалось, что наноразмерные ортоферриты можно использовать в качестве фотокатализаторов при разложении воды или разложении красителей под действием света. Эта область исследований была значительно расширена благодаря появлению нового класса оксидов, демонстрирующих интересные мультиферроидные и магнитоэлектрические свойства, возникающие из-за магнитно-индуцированного сегнетоэлектричества. Интересно, что эти материалы представляют собой простые оксиды переходных металлов, большинство из которых обладают структурой перовскита. Новые особенности мультиферроиков и магнитоэлектрических ферритов и хромитов, проявляющих магнитное сегнетоэлектричество. Было замечено, что почти все оксидно-полупроводниковые фотокатализаторы стабильны, но активны при облучении УФ-светом. Разработка общего мягкого метода получения хромитов редкоземельных элементов с однородным размером и формой кристаллов важна для дальнейших приложений, связанных с монокристаллами. Монокристаллы микрометрового размера сохраняют больше объемных свойств по сравнению с их соответствующими поликристаллическими аналогами, полученными с прекурсорами, подвергнутыми высокотемпературной обработке. Понимание кристаллических структур и зонных структур сложных оксидов металлов, без сомнения, является ключевым аспектом для исследования новых или улучшенных функциональных возможностей. Для низкотемпературных реакций, в частности топохимических, не менее важным является понимание факторов, определяющих конечные структуры во время реакции, таких как промежуточная фаза и путь миграции ионов, с использованием как кинетических, так и термодинамических соображений. Кроме того, такие знания, продемонстрированные здесь работой с тонкими пленками, определенно помогут в разработке новых ионных проводников для низкотемпературных применений. Макропористые стенки состоят из наночастиц редкоземельного ортоферрита, и эти иерархически пористые материалы демонстрируют высокую каталитическую активность в реакции CO + NO, и NO может полностью превращаться в N ₂ при температурах до 350 ° C, что указывает на их потенциал в каталитической конверсии выхлопных газов автомобилей и в других областях, связанных с катализом. Эта стратегия синтеза представляет собой простой метод получения иерархических пористых материалов и может дать нам руководство для синтеза функциональных материалов с дальнейшими каталитическими применениями [78]. С развитием автомобильной промышленности выхлопные газы автомобилей стали одним из основных источников загрязнения воздуха. Контроль за загрязнением выхлопных газов автомобилей особенно важен для снижения загрязнения воздуха. 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 O₉ 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.

Заключение

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.

Сокращения

AC:

Alternating current

DFO:

Dysprosium ferrite oxides

DM:

Dzyaloshinskii-Moriya

GC:

Газовая хроматография

Hc:

Coercive field

M_r :

Remanent magnetization

MRI:

Magnetic resonance imaging

M _s :

Намагниченность насыщения

Pr:

Remanent polarization

Ps:

Saturation polarization

RE:

Rare earth

SR:

Spin reorientation

SSR:

Solid state reaction

TC:

Температура Кюри

TN:

Neel temperature