Lo studio su “BiMO” dei fisici dell’Università di Cagliari

Un gruppo di ricercatori guidato da Vincenzo Fiorentini ha pubblicato su Nature Communications uno studio sulla possibilità di sintesi di “BiMO”, un materiale multiferroico

Un gruppo di ricercatori guidato da Vincenzo Fiorentini ha pubblicato su Nature Communications uno studio sulla possibilità di sintesi di “BiMO”. Un materiale multiferroico a fase singola, in versione ferromagnetica, e stabile a temperatura ambiente.

I materiali multiferroici

In diverse nicchie di applicazione tecnologica sono componenti chiave i materiali cosiddetti multiferroici. Essi sono contemporaneamente, per definizione, magnetici (“calamite”) e polari (“batterie”). Essi vengono utilizzati – ad esempio – nelle memorie magnetiche ed elettriche multistato. Nei convertitori di tensione a bassa dissipazione nei sensori, nelle memorie. Nonchè negli emettitori a radiofrequenza basati sulla manipolazione elettrica dello stato magnetico.

Nonostante oltre vent’anni di ricerca, non è stato ancora realizzato un materiale multiferroico a fase singola (cioè non risultante da nanostrutturazione artificiale), in versione ferromagnetica (come, appunto, il ferro), e stabile a temperatura ambiente. Ora protagonista della ricerca èun gruppo di ricercatori dell’Ateneo, guidato dal professor Vincenzo Fiorentini. Questo ha predetto sulla rivista Nature Communications l’esistenza e la possibilità di sintesi di un materiale che potrebbe realizzare questo obiettivo così difficile da ottenere.

BiMO

Si tratta del composto Bi5Mn5O17, familiarmente “BiMO”. Un metallo multiferroico con ordine multiplo ferromagnetico, ferroelettrico, e ferrotoroidale. Per capirne la natura, possiamo approssimativamente immaginarlo come una calamita che generi anche una tensione ai suoi estremi (un po’ come una batteria o un accendino piezoelettrico). Con, in aggiunta, un ordine interno direzionale (toroidico) che produce effetti ottici non lineari come la bifrangenza multidirezionale (come i cristalli liquidi).

Unico nel suo genere, BiMO è stabile in più varianti pressochè identiche. Ma con proprietà magnetiche, elettriche e ottiche molto diverse, e facilmente trasformabili l’una nell’altra. Inoltre, BiMO è magnetoelettrico. Cioè il suo stato magnetico può essere modificato indirettamente da un campo elettrico, e il suo stato elettrico da un campo magnetico (mentre di norma il magnetismo si accoppia al campo magnetico, etc.), e piezoelettrico / piezomagnetico (stato magnetico ed elettrico modificabili tramite sforzi meccanici, e viceversa).

Infine, significativamente, BiMO è termodinamicamente stabile, e quindi verosimilmente sintezzabile in laboratorio.

Gli autori della ricerca sono Andrea Urru, laurea a Cagliari e dottorato alla SISSA di Trieste, ora postdoc a Zurigo; Francesco Ricci, laurea e dottorato a Cagliari, ora postdoc in Belgio; Alessio Filippetti, laurea a Roma Sapienza e dottorato a Cagliari, ora professore associato al Dipartimento di Fisica UniCA; Jorge Iniguez, senior scientist del Luxembourg Institute of Technology e recente visiting professor UniCA; Vincenzo Fiorentini, professore associato al Dipartimento di Fisica UniCA e attualmente addetto scientifico presso l’Ambasciata d’Italia a Berlino, che è stato anche il relatore di tesi di laurea o dottorato dei primi tre autori.