Introduction to magnetoelectric coupling and multiferroic films

Abstract

There is an increasing understanding of the mechanisms underlying the development of magnetoelectric coupling and multiferroic order in both single-phase and composite materials. The investigations underlying this advance include a range of studies on thin films, which are expected to play an important role in the development of novel magnetoelectric devices. The properties of both single-phase and composite systems are widely studied. While single-phase materials can exhibit rich spin-charge coupling physics, the magnetizations, polarizations, and transition temperatures are often too small to be innately useful for device design. Conversely, a number of ferromagnetic–piezoelectric composites can show strong magnetoelectric coupling at ambient temperatures, which develops as a product-property mediated by elastic deformation, making these systems more directly amenable to fabricating devices. In this review, we provide a short overview of the mechanisms for magnetoelectric coupling in multiferroics, together with a discussion of how this magnetoelectric coupling is relevant for designing new multiferroic devices, including magnetic field sensors, dual electric and magnetic field tunable microwave and millimetre wave devices and miniature antennas. We present a brief summary of some of the significant results in studies on thin-film multiferroics, with an emphasis on single-phase materials, and covering systems where the magnetic and ferroelectric transitions fall at the same temperature as well as systems where they fall at different temperatures.

Magnetoimpedance spectroscopy of epitaxial multiferroic thin films

“…[1][2][3][4][5][6] A main aspiration is to design charge storage devices, where information could be written electrically onto a data bit and retrieved magnetically. For such challenges new multiferroic materials are required in thin-film form, where the magnetic properties can be modified by electric fields and vice versa.…”

Sinterização ultrarrápida por micro-ondas de compósitos particulados PZT/FCO preparados por mistura em ultrassom

“…6d e 7d. Na análise geral, entretanto, concluiuse que a conectividade geral associada à amostra foi 0-3, resultado similar aos reportados por Sheikh et al [4,6], que verificaram, nos compósitos magnetoelétricos bifásicos, vários esquemas de conectividade local na amostra, resultado associado à complexidade do comportamento de percolação de nanopartículas distribuídas em uma matriz também nanométrica [6][7][8][9][10][11]. Por outro lado, a tendência preferencial de distribuição da fase minoritária na matriz de PZT, nas amostras sinterizadas por micro-ondas, pode estar também associada com a intensificação dos mecanismos de difusão e mecanismos não térmicos que ocorrem apenas na sinterização assistida por micro-ondas [15], que favorecem o grau de percolação da fase ferrita em certa direção preferencial, provavelmente na direção de um máximo do campo eletromagnético, sendo mais acentuado esse efeito em materiais de partida nanométricos.…”

“…No entanto, segundo resultados experimentais reportados na literatura, com o aumento da concentração da fase ferrita tem-se uma diminuição considerável da resposta ME devido ao aumento na condutividade elétrica [8][9][10][11]. Assim, os resultados do coeficiente magnetoelétrico apresentados neste trabalho confirmaram a integridade das fases constituintes PZT e FCO.…”

“…Dentro desse contexto, os materiais multiferroicos, atualmente, propiciam desafios para o domínio de processos de síntese de novos materiais, implementação de diferentes métodos não convencionais de conformação, visando a otimização das propriedades derivadas do acoplamento dos sistemas ferroelétricos e ferromagnéticos e desenvolvimento de dispositivos. Contudo, em compósitos cerâmicos, o acoplamento magnetoelétrico é de natureza extrínseca, apresentando maior susceptibilidade a fatores como a síntese, método de mistura, sinterização, conectividade e propriedades das fases constituintes [9][10][11].…”

Helical multiferroics for electric field controlled quantum information processing

“…Intrinsic coupling between the order parameters, e.g., ferromagnetism (FM), ferroelectricity (FE), and/or ferroelasticity (for an overview we refer to Refs. [2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21]), allows for multifunctionality of devices with qualitatively new conceptions [10,[22][23][24][25]. Particulary advantageous is the high sensitivity of some MF compounds to external fields [26][27][28][29][30].…”