다강 ABO3 전이 금속 산화물:강유전성과 자기의 드문 상호 작용

초록

이 리뷰 기사는 특히 나노 규모에서 전기 및 자기 특성을 모두 보유하는 새로운 나노 재료에 대한 모든 과학 분야의 관심을 발전시킨 다양한 종류의 재료 개발을 요약합니다. 자기적 및 전기적 특성을 모두 지닌 이러한 종류의 재료는 엄청난 응용 분야를 가지고 있으며 집중적인 연구 활동을 하고 있습니다. 이러한 재료는 전자 및 자기 장치에서 특히 중요한 새로운 특성을 유도하며 전기장에 의해 자기 특성이 변하거나 그 반대의 경우에도 마찬가지입니다. 과학적 응용을 위한 그러한 철 속성의 발견은 시간이 필요하며 첨단 재료의 발견을 위한 기술적, 상업적 잠재력을 가진 흥미진진한 새로운 영역을 퍼뜨립니다. 최근의 연구에서는 다강성 성질이 존재하는 실제 경로가 주목되어 새로운 금속 산화물 화합물이 발견되었습니다. 연구를 통해 이러한 화합물의 구조에 대한 이해는 탐구해야 하는 이러한 다강성 물질의 광범위한 응용과 과제를 설명합니다. 이 연구에서는 하드 디스크 플래터 및 자기 판독 헤드와 같은 저장 장치에서 새로운 특성을 갖는 삼원 전이 금속 산화물의 근본적인 측면과 구조적 변형을 다룹니다.

소개

나노 규모 범위의 물체의 자기적 특성은 모든 과학 분야에서 연구 경향이 있는 분야로 개념 나노자기의 이름을 받았습니다. 자성 나노입자, 나노필름, 나노막대 등의 특성과 응용은 이전에 지질학에서도 강유체로 사용되어 왔으며 미래에 탐구하기에 충분한 범위를 가지고 있습니다[1]. 이러한 고급 재료는 확성기 및 약물 전달을 위한 의료 분야[2] 또는 자기 온열 요법[3]과 같은 다른 측면에서 사용되었습니다. 매우 작은 크기의 저장 재료는 일반적으로 기계의 크기를 줄이는 작은 장치로 제작되는 경우 좋은 효율성을 발견했습니다. 자성 나노입자로 구성된 이러한 작은 장치는 산업에서 중요한 역할을 하며 가장 중요하게는 생물의학 응용 분야에서 중요합니다[4]. 이러한 물질은 암세포나 종양 조직 세포의 국소 환경을 가능하게 하고 가시화하는 자기공명영상장치(MRI)에 적용되고 있다[5]. 이러한 자성 나노입자는 특히 중추신경계 질환을 치료하는 데 고유한 생체의학 응용 분야를 갖고 있으며 중추신경계(CNS) 질환을 치료하기 위한 약물 전달의 혁신적인 접근 방식을 찾기 위해 더 많이 연구해야 합니다[6].

인가된 자기장에 의해 히스테리시스(hysteresis)라고 하는 루프와 같은 구조에서 자발적 자화가 생성될 수 있습니다. 물질의 이러한 특별한 특징은 강자성 물질의 이름을 부여했으며 물질의 이러한 특성은 전자 스핀과 핵 주위의 궤도 운동에서 비롯됩니다. 외부 자기장이 없을 때 자기 모멘트는 무작위로 배열되지만 자기장이 가해지면 이러한 스핀이 특정 순서와 작은 스핀 그룹으로 고정되어 도메인과 같은 구조를 형성합니다. 이러한 자성 재료의 구조와 전형적인 히스테리시스 루프는 그림 1에 나와 있습니다. 니켈, 코발트, 크롬 및 철과 같은 전이 금속은 스핀 방향에서 비롯된 자기 모멘트를 가지며 자기장에 대한 궤도 기여도를 갖습니다[7]. 퀴리 온도보다 낮은 특정 온도(T_c ) 이 온도 이상에서는 강자성 도메인이 열 에너지를 극복합니다[8]. 강자성 특성의 매우 독특한 특성은 포화 자화(M_s ) 그 이상에서는 인가된 자기장의 크기에 관계없이 더 이상의 자기 특성의 증가가 없습니다. 강자성체의 또 다른 특징인 잔류자화(M_r ), 자기장이 가해지지 않은 상태에서도 저장되며, 이 속성은 물질의 메모리 또는 저장 용량과 관련이 있습니다. 또한, 이러한 강자성 물질은 보자력장(H_c ) 자기장의 역방향 크기를 측정하여 모든 자화 효과를 제거합니다. 이 세 가지 속성은 강자성 물질의 잠재적 위상을 찾는 데 가장 중요합니다. 교환 정자기 및 이방성 에너지 사이에는 경쟁이 있으며 장단기 상호작용 영역이 존재합니다[9].

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강자성 히스테리시스 루프 및 자기장 인가에 대한 자기장 정렬의 효과

인가된 전기장이 존재할 때 분극이 존재하는 것을 특징으로 하는 강유전체 특성[10]은 강자성 특성과 유사하다. 강유전체와 강자성체의 차이는 원자가 아닌 물질의 구조에 있기 때문에 강유전체는 고유한 성질을 갖는다. 이 속성은 화합물의 전체 구조와 대칭, 그리고 강유전성 메커니즘을 발생시키는 이온의 순서, 무질서 및 변위에 의존합니다[11,12,13]. 구조화된 분극은 전기 영역에서 형성된 히스테리시스 루프를 초래하는 강유전성 특성과 관련이 있습니다. 상유전성에서 강유전성으로 상이 변하는 특정 온도가 있는데 이를 전이 온도라고 하며, 이는 차례로 재료의 특성에 따라 달라집니다. 히스테리시스의 이러한 미니 도메인 특성은 그림 2에 나와 있으며 어떤 방식에서는 자기 히스테리시스 루프와 일치합니다. 전기 분극 대 인가된 전기장 사이의 그래프를 플로팅함으로써 포화 분극(Ps), 잔류 분극(Pr)을 갖는 루프형 구조가 형성되었습니다. 및 보자력장(Hc) [14]. 여기에서 도메인은 양의 필드 방향으로 정렬되기 시작하여 빠른 편광을 발생시키고 포화 편광이라고 하는 최대 편광에 도달하며 이 이상으로 편광 값의 증가는 더 이상 없습니다. 또한, 인가된 자기장이 역전되면 편광은 감소하는 경향이 있으며 인가된 자기장이 0인 특정 값에 도달한다. 잔류 분극(전계가 완전히 제거될 때 재료의 잔류 분극)은 메모리 및 저장 용량에 특별히 사용되는 재료의 잔류성 또는 잔류성을 측정한 것입니다. 제로 분극을 얻으려면 인가된 전기장을 더 줄여야 합니다. 전체 분극이 0이 되는 인가된 전기장의 크기를 보자력장이라고 합니다. 이 값은 강유전체 재료의 구조, 성질, 크기에 따라 달라지는 히스테리시스의 특성이다[15].

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강유전체 재료의 히스테리시스(PE) 곡선

다중강:독특하고 참신한 속성 [16]

다강체의 개념은 1994년 H. Schmidt[17]에 의해 소개되었으며 최신 정의에 따르면 다강체 재료는 단일 재료에서 동시에 2개 또는 2개 이상의 강성 상을 함께 가지고 있습니다[18]. 이러한 물질은 화학적 성질을 조사하고 고체 상태 물리학을 연구하기 위한 연구 대상이 되었습니다[19]. 이 분야의 대량 연구는 장치 응용 프로그램에서 활용할 수 있는 많은 새로운 아이디어를 개발하는 데 도움이 되었습니다. 아이디어 중 하나는 자화 및 분극의 형태로 정보를 저장할 수 있는 다강성 비트를 도입하는 것입니다. 2개 이상의 ferroic 특성을 갖는 재료는 거의 없으며 따라서 multiferroic 재료는 드뭅니다[20]. 하나 또는 둘 이상의 특성을 갖는 재료의 이러한 경향은 그림 3에 나타나 있으며, 여기서 다강성 거동을 나타내는 재료가 거의 없음을 분명히 나타냅니다[21]. 이것이 바로 이 연구 분야가 현세에 도전이고 집중되어야 하는 이유입니다[22]. 다강체의 드문 존재는 빈 d 오비탈을 요구하는 강유전성 거동의 메커니즘과 관련이 있으며, 반면에 강자성은 부분적으로 채워진 d 오비탈을 필요로 합니다[23, 24]. 이러한 논란을 상쇄하고 다강성 성질을 얻기 위해서는 원자가 중심에서 이동하여 전기 쌍극자를 형성하고 자기 모멘트와 관련되도록 물질의 구조를 조정해야 합니다. 이것은 자기 또는 강유전성에 대한 대체 메커니즘으로 이어질 것입니다. 나노 규모에서 탐색할 수 있는 특정 사항이 여전히 있습니다. 나노구조 재료의 다강성 특성은 컴퓨터 칩 등과 같은 작고 효율적인 장치를 만드는 응용 분야에서 새로운 지평을 열 수 있습니다. 최근 연구는 제조, 설계 및 응용을 위한 나노다강성 재료에 초점을 맞추고 있습니다. 강자성체 자벽 구조와 자기 이온의 위치는 새로운 소자 개발을 위한 새로운 기능을 얻는 데 중요한 역할을 합니다. 구성, 엔지니어링 및 응용 구조를 변경하여 최신 장치에 정보를 전달할 수 있습니다. ferrotoroidicity[25, 26]라고 하는 4차 ferroic order를 생성하고 메모리 특성과 관련된 벌크 재료와 다른 전기 전도성 도메인 벽을 결정하는 multiferroic 재료에 대한 지속적인 관심과 성장 공간이 주어졌습니다[27]. 전기장이 실온에서 자성을 제공한다는 아주 새로운 흥미로운 사실도 필름 증착 기술의 도움으로 관찰되었습니다[28]. 다강체 연구는 전 세계의 모든 연구자로부터 상당한 관심을 얻었지만 가까운 장래에 가속화되어야 하는 다강체 재료를 상업화하는 접근 방식은 여전히 열악합니다.

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다강 재료의 일반 분류. Eerenstein et al. [21]

구조를 기반으로 한 다강 화합물의 다양한 클래스

비스무트 페라이트(BiFeO₃ 화합물)

Bismuth ferrite 3원 산화물과 유도체 화합물은 페로브스카이트 구조이며 유망한 다강 화합물이다[29]. 이 ABO₃ 페로브스카이트 비스무트 페라이트 화합물은 중심 금속 A(Bi³⁺ ) 강유전성을 제공하는 화합물의 위치와 대칭에서 왜곡되는 이온 [30]. B 위치의 양이온은 Fe³⁺ 입니다. BiFeO₃의 자기적 특성을 제공하는 작고 짝을 이루지 않은 d 전자를 갖는 이온 그림 4와 같은 화합물[31]. 여기서 양극화는 Bi³⁺ 에 의해 발생한다고 결론지을 수 있습니다. 6s² 에 존재하는 고독한 전자쌍 Fe³⁺ 에서 오비탈 및 자기 속성이 발생합니다. 이온. BiFeO₃의 제작 나노 화합물은 흥미로운 다강성 물질을 만드는 데 도움이 될 새로운 연구 방향으로 이어질 수 있습니다. 비스무트 페라이트의 전기적 매개변수를 감소시키고 나중에 BiFeO₃에 스트론튬-지르코늄 이온을 추가하여 개선된 누설 전류 문제가 있었습니다. -BaTiO₃ 합성물. 또한 위상 구조, 표면 질감 및 전기적 특성도 체계적으로 연구되었습니다[32]. 강유전성 페로브스카이트 BiFeO₃에 대해 많은 연구가 수행되었습니다. 많은 응용 목적을 위해, 그러나 큰 이론적 잔여 분극에도 불구하고 전기에서 작은 기계적 운동의 에너지 변환에 대해 거의 조사되지 않았습니다. 그러나 BiFeO₃ 나노물질은 대규모 무연 압전 나노발전기에 대한 가능성이 있으며 이러한 나노입자는 졸-겔 공정에 의해 합성되었다[33]. Bi₅ Ti₃ FeO₁₅ (BTF) 다중강성 무연 나노섬유는 전기방사에 의해 제조되었으며 양성 미세 강유전성과 함께 효과적인 미세 압전 계수를 나타낸다[34]. 또한, 거대 강유전체와 자기유전체의 결합 거동은 처음으로 비소결 및 압착에 의해 발견되었으며 Bi₅보다 작습니다. Ti₃ FeO₁₅ 세라믹. BiFeO₃의 자기 모멘트 셀 내에서 반대 방향으로 회전하는 두 개의 Fe 이온에 의해 서로 균형을 이루었고 밴드 갭은 약 20.5 eV에서 발견되었습니다[35]. 가전자대가 Fe-d 및 O-p 상태로 구성되고 전도대가 Fe-d 및 Bi-p 상태로 구성됨을 나타내는 상태 밀도를 분석했습니다. 유전 기능, 흡수, 굴절률, 흡광 계수, 반사율 및 전자 에너지 손실도 BiFeO₃에 대해 보고되었습니다. .

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아 BiFeO₃의 페로브스카이트 결정 구조 Seidel et al. [28]. ㄴ Ederer와 Spaldin에서 채택한 왜곡된 페로브스카이트 구조 [31]

이트륨 자철광(YMnO₃ ) 화합물

YMnO₃ 화합물에는 동일한 페로브스카이트 ABO₃가 있습니다. 유형 구조이지만 다른 결정 구조와 전자 배열을 가지고 있습니다. 기존의 페로브스카이트와 달리 육각형 망간은 Mn³⁺ MnO₅의 중심에 위치한 5중 배위를 가진 이온 삼각 바이 프리즘. 반면에 R 이온은 페로브스카이트의 3차 배위와 달리 7배 배위를 갖습니다. Y³⁺ 레이어 이온은 2차원 MnO₅를 구별합니다. YMnO₃를 나타내는 그림 5와 같은 biprism 이온 구조를 보여주는 단위 셀. YMnO₃에서 반강자성 강유전체의 새로운 개념이 발견되었습니다. , 그리고 기하학적 구조는 YMnO₃의 자기적 특성과 결합하는 강유전성 특성을 이끕니다. 화합물 [36]. MnO₅의 기울기 삼각 쌍각기둥은 YMnO₃의 강유전성 특성을 이끌어내는 구조에서 반전 대칭의 손실을 초래합니다. -유형 화합물 [37]. 강유전성과 자기차수의 결합은 매우 다르며, 이것이 이러한 유형의 물질에서 자기전기적 결합이 불가능한 주된 이유입니다. 그러나 틸팅층 MnO₅에서의 이온 이동 다면체는 그림 6과 같이 순 분극 효과[38, 39]를 유도합니다. 또한 육각형 YMnO₃ 졸겔법으로 제조된 나노섬유와 제조된 방적섬유를 125 ℃에서 균일한 직경으로 건조하였다[40]. 준비된 샘플의 온도가 증가함에 따라 길이에 걸쳐 균질한 화학 성분과 함께 형태와 직경 범위에 적절한 변화가 있었습니다.

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YMnO₃의 결정 구조 MnO₅ 층을 특징으로 함 다면체와 레이어 사이의 Y 원자. Wadati et al. [38]

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YMnO₃의 3차원 개략도 양극화된 상태에서. Spaldin et al. [39]

희토류(RMO₃ , M =Fe, Cr, Mn ) 다강성 화합물

최근 연구에 따르면 B 사이트에서 철, 망간, 크롬 원소를 포함할 수 있는 희토류 금속 삼원 산화물은 약한 강자성체에 상온 강유전성 거동이 동반되는 다강성 성질을 보인다[41]. RFeO₃의 경우 화합물에서 이러한 유형의 화합물의 구조는 페로브스카이트 구조가 왜곡된 사방정계 단위 셀[42]입니다. 이 왜곡은 희토류 이온 R³⁺ 때문입니다. 위치 및 Fe³⁺ 의 존재 팔면체 환경에서 이온. 이러한 구조에는 FeO₆가 있습니다. 3차원의 팔면체, O^2- 중 하나 이온은 두 개의 팔면체 사이에 하나의 공통 정점을 형성하고 두 개의 철 원자는 O^2- 를 통해 초교환 결합을 제공합니다. 이온. 이 개념에서 Fe 원자는 약간 기울어져 약한 강자성 상호작용을 초래합니다[43]. RFeO₃ 이후 화합물은 중심대칭 페라이트 계열에 포함되지만 실온 강유전성 특성은 여전히 존재합니다. 이 비정상적인 행동은 SmFeO₃를 보고한 문헌으로 설명할 수 있습니다. 비등가 스핀이 유도된 강유전성을 담당하는 화합물로 반강자성 질서 유도 강유전성[44]이라는 이름이 부여되었으며 이는 그림 7에 나와 있습니다.

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사방정계 SmFeO₃의 결정 구조 및 자기 스펙트럼 . 스쿠트 등의 적응. [44]

희토류 다철 산화물의 두 번째 부류는 크롬 기반 RCrO₃입니다. 화합물. FeO₆ 대신 구조, CrO₆의 역위상 틸팅 그림 8과 같은 팔면체는 사방정계(RCrO₃ , R =Y, Gd, Tb) 다강성 화합물. 강성 성질의 분극화는 Cr 이온 하위 격자의 자기 정렬과 결합하고 잘 알려진 상호 작용 Dzyaloshinskii-Moriya(DM)는 Cr³⁺ 의 약한 강자성 특성을 발생시킵니다. 이온 [45]. GdCrO₃ Cr 이온의 자기 모멘트인 화합물은 가장 가까운 양이온과 역평행하며 G형 구성으로 표시됩니다. RCrO₃의 강유전체 등급 화합물은 아직 제대로 설명되지 않고 있으며, 강유전성 거동의 기원에 대해 중심에서 벗어난 왜곡이 제안되었다고 가정했습니다. 이러한 종류의 메커니즘은 RCrO₃의 벌크, 나노, 박막에서 보고되었습니다. 화합물 [46,47,48]. 자기장이 가해지면 GdCrO₃의 경우 분극의 강도가 달라질 수 있습니다. 화합물. YCrO₃ 사방정계이지만 Cr 원자가 특정 방향으로 위치에서 변위되어 분극이 발생하므로 여전히 강유전성입니다. 이는 다기능화 소재의 여러 가지 특이한 특성으로 시각화할 수 있는 새로운 개념을 보여줍니다.

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RCrO₃의 왜곡된 사방정계 페로브스카이트 결정 구조 . Fender et al. [45]

큐빅 GdFeO₃ 간단한 열수 합성 경로에 의한 입자의 광발광 및 자기적 특성을 조사하였다[49]. 광발광 및 자기 특성 조사를 통해 사방정계 입방체 GdFeO₃ 입자는 다른 희토류 원소로 도핑될 때 다른 색상의 빛을 방출하는 매우 우수한 도핑된 발광을 나타냅니다. GdFeO₃ 입자는 상자성 특성을 포함합니다. 우수한 발광성과 자성물질이 될 수 있다. DyFeO₃ 단결정 1개를 사용하여 높은 자기전기 결합 및 GdFeO₃ 이전에 보고된 바 있지만 다강성 성질은 매우 낮은 온도에서만 발생합니다[50]. GdFeO₃의 고체 분말 합성 및 GdCrO₃ 필요한 산화물(Gd₂ O₃ , Fe₂ O_3, 및 Cr₂ O₃ ) 충분히 높은 하소 온도 ~ 1800 °C. 일련의 희토류 orthoferrites의 나노 입자 합성을 위한 간단한 초음파 화학 방법이 보고되었습니다. 이 초음파 화학 공정은 단순한 전구체인 철 펜타카르보닐 및 희토류 탄산염을 사용하여 상당히 낮은 소성 온도에서 희토류 오르토페라이트 나노 입자의 합성을 가능하게 합니다. 기존의 방법에서와 같이 가넷 상의 열병합 생성이 관찰되지 않았다는 점은 특히 주목할 만합니다. 소성 온도의 급격한 감소는 Fe(CO)₅에서 비정질 산화철의 초음파 생성으로 인한 것일 수 있습니다. . 나노크기의 GdFeO₃ , ErFeO₃ , TbFeO₃ 및 EuFeO₃ 이 방법으로 제조하고 자기 특성에 대해서도 자세히 연구했습니다[51]. 고결정성 오르토페라이트 나노입자(유형 La_1−x Gd_x FeO₃ , 여기서 x =0 ~ 1)은 자체 연소 방법을 사용하여 준비되었습니다. 우리의 특별한 관심은 Gd³⁺ 의 역할에 중점을 두고 주어진 화합물의 구조적 및 자기적 특성을 특성화하는 것입니다. 구조 및 자기 응답의 변조에 있는 이온 [52]. MFeO₃ 조성의 페로브스카이트 촉매 [53], 센서, [54] 반도체, [55] 자기 및 광자기 재료 [56]와 같은 잠재적인 응용을 가진 재료의 종류입니다. LnFeO₃의 상 선택 합성 (Ln =희토류) 원하지 않는 공존 상이 있기 때문에 도전적입니다[57, 58]. 가시광선 구동 Gd₂ Ti₂ O₇ /GdCrO₃ 수소 발생을 위한 합성물이 보고되었으며 일련의 Gd₂ Ti₂ O₇ /GdCrO₃ 복합 재료는 고체 상태 연소에 의해 준비됩니다. 복합 재료의 광촉매 활성은 가시광선 조명에서 조촉매를 사용하지 않고 수소 생산에 대해 조사됩니다. 수소 생성 속도는 광촉매 활성 측정 장치와 가스 크로마토그래피(GC)로 측정합니다. 합성 GTC에서 가장 높은 효율이 관찰됩니다(Cr:Gd:Ti =1:1:1). 광전류 측정과 PL을 기반으로 향상된 광촉매 활성에 대한 메커니즘이 논의되었습니다[59]. 나노결정질 오르토페라이트, GdFeO₃의 비정상적인 자기 특성 , Fe₂의 화학량론적 혼합을 기반으로 하는 기존의 고체 상태 반응(SSR) 경로에 의해 합성 O₃ 및 Gd₂ O₃ 보고서[60]에서 발견되었습니다. GdFe_1-x의 다결정질 샘플 Ni_x O₃ (x =0.0, 0.1)은 고체 상태 반응 경로에 의해 제조됩니다. Ni³⁺ 이온 치환은 격자 수축과 유전 상수, 접선 손실 및 AC 전도도의 향상을 초래합니다[61].

유일하게 이용 가능한 자기 연구는 DFO에서 자기장 유도 SR 전이를 조사하기 위한 Mossbauer 분광법에 집중되었습니다[62, 63]. 이들 화합물 중에서 DFO는 35 K에서 Morin 천이를 보여주고 77 K, 130 K, 270 K 온도에서 세 가지 변칙적인 천이를 보이는 유일한 희토류 정석이다. Dy³⁺ 간의 경쟁적인 자기 상호작용으로부터 및 Fe³⁺ 이온. 희토류 크롬산염의 마이크로파 보조 합성 및 물리적 특성이 보고되었습니다. 자화 측정은 반강자성 Cr³⁺ 에 대한 Neel 온도가 -Cr³⁺ 순서는 RE³⁺ 에 따라 크게 달라집니다. 이온 반경과 다양한 자기 스핀 상호 작용이 존재합니다. 소결된 펠릿에서 입자 경계 및 내부 벌크 재료에서의 전자적 차이는 유전 분광법으로 모니터링되는 두 가지 유전 이완을 제공합니다. X선 회절, 라만 분광법 및 온도 의존 유전 유전율 데이터는 결정의 잠재적인 비중심대칭 또는 이에 수반되는 강유전성을 나타내지 않습니다. (RE)CrO₃의 전체 시리즈를 준비하기 위한 체계적인 노력이 수행되었습니다. YCrO₃의 구조와 유사할 수 있는 화합물 화합물. 자기 및 유전 특성에 대한 상세한 조사와 관찰된 바와 같이 가능한 자기전기 또는 다강성 거동에 특히 초점을 맞춘 이들의 상관관계가 보고되었습니다[64]. (RE)CrO₃의 전하 수송 특성 재료는 습도, 메탄올, 에탄올 및 여러 가스에 대한 민감성을 갖는 p형 반도체를 포함한다고 주장되어 왔으며 이는 잠재적인 센서 응용 분야에 유용합니다. [65, 66]. 또한 LaCrO₃ 도핑된 변형은 고체 산화물 연료 전지[67, 68] 및 탄화수소 산화 촉매[69]에서 상호 연결된 물질로 적용할 수 있는 후보입니다. LnFeO₃ 유형의 희토류 정철석 (Ln =Gd, Dy, Sm)은 사방정계로 왜곡된 페로브스카이트 구조를 결정화하고 있습니다. DyFeO₃의 약한 강자성 상태에서 전기 분극의 존재 강유전성은 스핀 재배향 온도 아래에서 사라지는 다결정질 샘플에서 보고되었습니다. G₄에서 Fe 부격자의 약한 강자성 모멘트에 의해 Dy 이온에 유도된 국부장의 중요성 구조는 DyCrO₃의 제로 필드 [71] Fe Mossbauer 스펙트럼에 의해 드러납니다. . 더 높은 온도에서 무거운 희토류 orthochromites의 자기 민감도와 희토류로 치환된 DyCrO₃의 자기열량 특성 보고된 바 있다[73]. 자기 상호 작용에 대한 자세한 조사는 DyCrO₃에서 발견되었습니다. 열수 합성법을 이용한 벌크 분말 [74]. 나노결정질 CeCrO₃에 대한 상세한 연구 가시 영역에서 반강자성, 이완 작용 및 광학 밴드 갭과 같은 다기능을 나타내는 것으로 밝혀졌습니다. 이 새로 개발된 합성 경로는 지금까지 알려지지 않은 Ce³⁺ 준비의 엄청난 가능성을 열어줍니다. -기재 혼합 산화물, 다른 희토류와 유사(RE³⁺ ) 대응 [75]. Cr³⁺ 의 자기 정렬 온도에서 전기 극성 질서를 갖는 자기장 유도 준안정 상태가 나타납니다. 약한 강자성 희토류 orthochromites의 이온(RCrO₃ , 여기서 R은 자기 희토류 이온임), 상대적으로 큰 전기 분극을 나타내며 ~ 0.2–0.8 μC/cm² , Cr 하위 시스템의 Neel 온도에 해당하는 다소 높은 온도(~ 120–250K)에서 시작합니다[76]. DyCrO₃의 형태 및 결정도에 대한 표면 화학의 정적 및 동적 자기 특성 및 영향 나노혈소판이 보고된 바 있습니다[77].

또한 나노크기의 오르토페라이트는 광조사하에서 물의 분해나 염료의 분해에서 광촉매로 사용될 수 있다고 보고되었다. 이 연구 영역은 자기 유도 강유전성에서 발생하는 흥미로운 다강성 및 자기전 특성을 나타내는 새로운 종류의 산화물의 출현으로 인해 크게 확대되었습니다. 흥미롭게도 이러한 물질은 단순한 전이금속 산화물이며 대부분이 페로브스카이트 구조를 가지고 있습니다. 자기적으로 구동되는 강유전성을 나타내는 다강 및 자기유전 페라이트 및 크롬철광의 새로운 특징. 거의 모든 산화물 반도체 광촉매는 안정하지만 자외선 조사에서는 활성이 있음을 알 수 있다. 균일한 결정 크기와 모양의 희토류 크롬철광을 제조하기 위한 일반적인 순한 방법을 개발하는 것은 추가 단결정 관련 응용 분야에 중요합니다. 마이크로미터 크기의 단결정은 고온 처리된 전구체로 얻은 상응하는 다결정에 비해 벌크 특성을 더 많이 보존합니다. 복합 금속 산화물의 결정 구조와 밴드 구조를 이해하는 것은 의심할 여지 없이 새로운 기능이나 개선된 기능을 탐구하는 핵심 측면입니다. 저온 반응, 특히 토포케미컬 반응의 경우, 동역학 및 열역학적 고려 사항을 모두 활용하여 중간 단계 및 이온 이동 경로와 같은 반응 중 최종 구조를 지시하는 요인에 대한 이해가 동등하게 중요합니다. 또한 박막 작업으로 입증된 이러한 지식은 저온 응용 분야를 위한 새로운 이온 전도체를 개발하는 데 확실히 도움이 될 것입니다. 거대다공성 벽은 희토류 오르토페라이트 나노입자로 구성되며 이러한 계층적 다공성 물질은 CO+NO 반응에 대한 높은 촉매 활성을 나타내며 NO는 N₂으로 완전히 전환될 수 있습니다. 350°C의 낮은 온도에서 자동차 배기 가스 및 기타 촉매 관련 분야의 촉매 전환 가능성을 나타냅니다. 이 합성 전략은 계층적 다공성 물질의 제조를 위한 손쉬운 방법이며 추가 촉매 적용을 통한 기능성 물질의 합성에 대한 지침을 제공할 수 있습니다[78]. 자동차 산업의 발전과 함께 자동차 배기 가스는 대기 오염의 주요 원인 중 하나가 되었습니다. 자동차 배기 가스 오염의 제어는 대기 오염을 줄이기 위해 특히 중요합니다. TbFeO₃ 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.

결론

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.