Oksida Logam Transisi ABO3 Multiferroik:Interaksi Langka Ferroelektrik dan Magnetisme
Abstrak
Artikel ulasan ini merangkum perkembangan berbagai jenis bahan yang mengembangkan minat di semua bidang ilmu pengetahuan terutama pada bahan nano baru yang memiliki sifat listrik dan magnet pada skala nano. Bahan semacam itu yang memiliki sifat magnetik dan listrik memiliki aplikasi yang luar biasa dan memiliki aktivitas penelitian yang intensif. Bahan-bahan ini menginduksi sifat-sifat baru yang sangat penting dalam perangkat elektronik dan magnetik dan bahkan dalam bahan-bahan di mana sifat magnetik akan berubah oleh medan listrik atau sebaliknya. Penemuan sifat-sifat besi tersebut untuk aplikasi ilmiah adalah kebutuhan jam dan menyebar area baru yang menarik yang memiliki potensi teknis dan komersial untuk penemuan bahan canggih. Dalam studi baru-baru ini, jalur sebenarnya dimana sifat multiferroic ada telah difokuskan dan senyawa oksida logam baru ditemukan. Pemahaman tentang struktur senyawa ini melalui penelitian menjelaskan berbagai aplikasi dan tantangan bahan multiferroik ini yang perlu dieksplorasi. Dalam studi ini, aspek fundamental dan variasi struktural dari oksida logam transisi terner telah dibahas yang memiliki sifat baru dalam perangkat penyimpanan seperti piringan hard disk dan kepala baca magnetik.
Pengantar
Sifat magnetik objek pada rentang skala nano telah diberi nama konsep nanomagnetisme dengan bidang penelitian yang rawan di semua bidang ilmiah. Sifat dan aplikasi nanopartikel magnetik, nanofilm, nanorod, dan banyak lagi telah digunakan sebelumnya juga dalam geologi sebagai ferrofluids dan memiliki ruang lingkup yang cukup untuk dieksplorasi di masa depan [1]. Bahan canggih ini telah digunakan dalam aspek lain, seperti di pengeras suara dan di bidang medis untuk pengiriman obat [2] atau bahkan dalam hipertermia magnetik [3]. Bahan penyimpanan pada ukuran yang sangat kecil biasanya memiliki efisiensi yang baik jika dibuat dalam perangkat kecil yang mengurangi dimensi mesin. Perangkat kecil yang terbuat dari nanopartikel magnetik ini memainkan peran penting dalam industri dan yang paling penting dalam aplikasi biomedis [4]. Bahan-bahan ini telah diterapkan pada perangkat magnetic resonance imaging (MRI) yang memungkinkan dan memvisualisasikan lingkungan lokal sel jaringan sel kanker atau tumor [5]. Nanopartikel magnetik ini memiliki aplikasi biomedis yang unik terutama untuk mengobati penyakit saraf pusat dan perlu dieksplorasi lebih lanjut untuk menemukan pendekatan inovatif dalam penghantaran obat untuk mengobati penyakit Sistem Saraf Pusat (SSP) [6].
Magnetisasi spontan dapat dibuat dalam struktur seperti lingkaran yang disebut histeresis oleh medan magnet yang diterapkan. Ciri khusus bahan ini telah diberi nama bahan feromagnetik, dan sifat bahan ini berasal dari putaran elektron dan gerakan orbitalnya di sekitar nukleus. Dengan tidak adanya medan magnet eksternal, momen magnetik diorientasikan secara acak tetapi ketika medan diterapkan, putaran ini terkunci ke dalam urutan tertentu dan kelompok kecil putaran untuk membentuk struktur seperti domain. Struktur dan loop histeresis khas bahan magnetik ini ditunjukkan pada Gambar. 1. Logam transisi seperti nikel, kobalt, kromium, dan besi memiliki momen magnetik yang berasal dari orientasi spin dan juga memiliki kontribusi orbital terhadap medan magnet [7]. Interaksi antara putaran ini selaras dalam satu urutan tertentu pada suhu tertentu di bawah suhu Curie (Tc ) dan di atas suhu ini domain feromagnetik mengatasi energi panas [8]. Sifat feromagnetik yang sangat unik adalah memiliki histeresis loop, ditandai dengan adanya magnetisasi saturasi (Ms ) di atasnya tidak ada peningkatan properti magnetik lebih lanjut apa pun besarnya medan magnet yang diterapkan. Fitur lain dari bahan feromagnetik, magnetisasi remanen (Mr ), menyimpan bahkan tanpa adanya medan magnet yang diterapkan, dan properti ini terkait dengan memori atau kapasitas penyimpanan bahan. Selanjutnya, bahan feromagnetik ini ditentukan dengan medan koersif (Hc ) yang mengukur besarnya arah kebalikan dari medan magnet untuk menghilangkan semua efek magnetisasinya. Ketiga sifat ini sangat penting dalam mengetahui fase potensial bahan feromagnetik. Ada kompetisi antara pertukaran energi magnetostatik dan anisotropi, dan terdapat domain interaksi orde panjang dan pendek [9].
Loop histeresis feromagnetik dan efek penyelarasan domain magnetik pada penerapan medan magnet
Sifat feroelektrik [10] yang ditandai dengan adanya polarisasi dengan adanya medan listrik yang diterapkan analog dengan sifat feromagnetik. Perbedaan antara feroelektrik dan feromagnetik terletak pada struktur bahan tetapi tidak dengan atom, sehingga feroelektrik adalah properti intrinsik. Sifat ini bergantung pada keseluruhan struktur dan simetri senyawa serta keteraturan, ketidakteraturan, dan perpindahan ion yang menimbulkan mekanisme feroelektrik [11,12,13]. Polarisasi terstruktur terkait dengan sifat feroelektrik yang menghasilkan loop histeresis yang terbentuk dari domain listrik. Ada suhu tertentu di bawahnya yang berubah fase dari paraelektrik ke feroelektrik yang disebut suhu transisi, yang pada gilirannya tergantung pada sifat bahan. Karakteristik domain mini histeresis ini ditunjukkan pada Gambar. 2 dan dalam beberapa hal cocok dengan loop histeresis magnetik. Dengan memplot grafik antara polarisasi listrik versus medan listrik yang diterapkan, struktur seperti loop dibentuk dengan polarisasi saturasi (Ps), polarisasi remanen (Pr). dan medan koersif (Hc) [14]. Di sini, domain mulai sejajar dalam arah medan positif yang menimbulkan polarisasi cepat dan mencapai polarisasi maksimum yang disebut polarisasi saturasi, dan di luar ini, tidak ada peningkatan lebih lanjut dalam nilai polarisasi. Selanjutnya, jika medan yang diterapkan dibalik, polarisasi cenderung menurun dan mencapai nilai tertentu di mana medan yang diterapkan adalah nol. Polarisasi remanen (polarisasi sisa dalam bahan ketika medan listrik dihilangkan sama sekali) adalah ukuran retensi atau remanen bahan yang digunakan khusus untuk memori dan kapasitas penyimpanan. Untuk mencapai polarisasi nol, medan listrik yang diterapkan harus dikurangi lebih lanjut. Besarnya medan listrik yang diterapkan di mana seluruh polarisasi menjadi nol disebut medan koersif. Nilai-nilai tersebut merupakan karakteristik histeresis yang bergantung pada struktur, sifat, dan ukuran bahan feroelektrik [15].
Kurva histeresis (P-E) pada material feroelektrik
Multiferroik:Properti Unik dan Baru [16]
Konsep multiferroic diperkenalkan oleh H. Schmidt pada tahun 1994 [17], dan sesuai dengan definisi terbaru, material multiferroic memiliki dua atau lebih dari dua fase ferroic secara bersamaan dalam satu material [18]. Bahan-bahan ini menjadi subjek penelitian untuk menyelidiki sifat kimia dan untuk mempelajari fisika keadaan padat [19]. Penelitian massal di bidang ini membantu mengembangkan banyak ide baru untuk digunakan dalam aplikasi perangkat. Salah satu idenya adalah memperkenalkan bit multiferroik yang dapat menyimpan informasi dalam bentuk magnetisasi dan polarisasi. Hanya ada sedikit material yang memiliki dua atau lebih dari dua sifat ferro dan oleh karena itu material multiferroik jarang ditemukan [20]. Tren bahan yang memiliki satu atau lebih dari dua sifat ini telah ditunjukkan pada Gambar. 3, di mana hal itu dengan jelas menunjukkan bahwa sangat sedikit bahan yang menunjukkan perilaku multiferroik [21]. Inilah alasan mengapa bidang penelitian ini menjadi tantangan bagi dunia saat ini dan perlu difokuskan [22]. Keberadaan multiferroik yang langka terkait dengan mekanisme perilaku feroelektrik yang menuntut orbital d kosong, dan di sisi lain feromagnetisme membutuhkan orbital d yang terisi sebagian [23, 24]. Untuk mengimbangi kontroversi semacam ini dan untuk mencapai sifat multiferroik, struktur bahan perlu disetel sedemikian rupa sehingga atom dapat bergerak dari pusat untuk membentuk dipol listrik dan harus dikaitkan dengan momen magnetik. Ini akan mengarah pada mekanisme alternatif untuk magnetisme atau feroelektrik. Masih ada hal-hal tertentu yang dapat dieksplorasi dalam skala nano. Sifat multiferroic dari bahan berstrukturnano dapat membuka cakrawala baru dalam aplikasi pembuatan perangkat kecil yang efisien seperti chip komputer, dan banyak lagi. Penelitian terbaru berfokus pada bahan nano-multiferroic untuk fabrikasi, desain, dan aplikasi. Struktur dinding domain feroeklektrik dan posisi ion magnetik memainkan peran penting untuk mendapatkan fungsionalitas baru untuk pengembangan perangkat baru. Pembentukan, rekayasa, dan aplikasi dengan mengubah struktur dapat digunakan untuk membawa informasi dalam perangkat terbaru. Minat terus menerus dan ruang tumbuh telah diberikan untuk bahan multiferroic yang menghasilkan urutan ferroic keempat yang disebut ferrotoroidicity [25, 26] dan juga menentukan dinding domain konduktivitas listrik yang berbeda dari bahan massal terkait dengan sifat memori [27]. Hal baru yang cukup menarik juga diamati dengan bantuan teknik deposisi film, bahwa medan listrik memberikan magnet pada suhu kamar [28]. Meskipun, studi multiferroik telah mencapai minat yang cukup besar dari semua peneliti di seluruh dunia, masih ada pendekatan yang buruk dari komersialisasi bahan multiferroik yang perlu dipercepat dalam waktu dekat.
Klasifikasi umum bahan multiferroik. Diadaptasi dari Eerenstein et al. [21]
Berbagai Kelas Senyawa Multiferroik Berdasarkan Strukturnya
Bismuth Ferrites (BiFeO3 Senyawa)
Oksida terner bismut ferit dan senyawa turunannya merupakan struktur perovskit dan merupakan senyawa multiferroik yang menjanjikan [29]. ABO ini3 Senyawa ferit bismut perovskit memiliki feroelektrik dari pasangan elektron bebas pada logam pusat A (Bi
3+
) ion yang terdistorsi dari posisi dan simetri senyawa yang hilang yang memberikan sifat feroelektrik [30]. Kation pada situs posisi B adalah Fe
3+
ion yang kecil dan memiliki elektron d tidak berpasangan yang memberikan sifat kemagnetan BiFeO3 senyawa seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4 [31]. Di sini, dapat disimpulkan bahwa polarisasi disebabkan oleh Bi
3+
elektron pasangan mandiri hadir dalam 6s
2
orbital dan sifat magnetik muncul dari Fe
3+
ion. Pembuatan BiFeO3 nano-senyawa dapat mengarah pada arah penelitian baru yang akan membantu membangun bahan multiferroik yang menarik. Ada masalah arus bocor yang mengurangi parameter listrik ferit bismut dan kemudian diperbaiki dengan penambahan ion strontium-zirkonium ke dalam BiFeO3 -BaTiO3 komposit. Selanjutnya, struktur fasa, tekstur permukaan, dan sifat listrik juga dipelajari secara sistematis [32]. Banyak penelitian dilakukan di perovskit feroelektrik BiFeO3 untuk banyak tujuan aplikasi, tetapi jarang diselidiki untuk konversi energi dari gerakan mekanis kecil dalam listrik terlepas dari polarisasi sisa teoretisnya yang besar. Namun ada satu laporan yang menunjukkan bahwa BiFeO3 nanomaterial memiliki potensi seperti itu untuk nanogenerator piezoelektrik bebas timah skala besar dan nanopartikel ini disintesis oleh proses sol-gel [33]. Bi5 Ti3 FeO15 (BTF) nanofibers bebas timah multiferroic dibuat dengan electrospinning dan menunjukkan koefisien mikro-piezoelektrik yang efektif dengan mikro-ferroelektrik jinak [34]. Selanjutnya, perilaku kopling antara makro-ferroelektrik dan magnetoelektrik ditemukan dengan non-sintering dan menekan untuk pertama kalinya dan lebih kecil dari Bi5 Ti3 FeO15 keramik. Momen magnet BiFeO3 diseimbangkan satu sama lain oleh dua ion Fe yang berputar dalam arah yang berlawanan di dalam sel, dan celah pita ditemukan sekitar 20,5 eV [35]. Keadaan densitas yang dianalisis menunjukkan bahwa pita valensi terdiri dari keadaan Fe-d dan O-p, sedangkan pita konduksi terdiri dari keadaan Fe-d dan Bi-p. Fungsi dielektrik, penyerapan, indeks bias, koefisien kepunahan, reflektifitas, dan kehilangan energi elektron juga dilaporkan untuk BiFeO3 .
a Struktur kristal perovskit BiFeO3 diadaptasi dari Seidel et al. [28]. b Struktur perovskit terdistorsi yang diadaptasi dari Ederer dan Spaldin [31]
Yttrium Magnetit (YMnO3 ) Senyawa
Sepertinya YMnO3 senyawa memiliki ABO perovskit yang sama3 jenis struktur, tetapi memiliki struktur kristal dan pengaturan elektronik yang berbeda. Berbeda dengan perovskit konvensional, manganit heksagonal memiliki Mn
3+
ion dengan koordinasi 5 kali lipat, terletak di pusat MnO5 bi-prisma trigonal. Ion R, di sisi lain, memiliki koordinasi 7 kali lipat tidak seperti koordinasi kubik di perovskit. Lapisan Y
3+
ion membedakan MnO dua dimensi5 biprisma seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5, yang mewakili YMnO3 sel satuan yang menunjukkan struktur ionik. Konsep baru feroelektrik antiferromagnetik ditemukan di YMnO3 , dan struktur geometri memimpin sifat feroelektrik yang berpasangan dengan sifat magnetik YMnO3 senyawa [36]. Kemiringan MnO5 biprisma trigonal mengakibatkan hilangnya simetri inversi dalam struktur yang menyebabkan sifat feroelektrik YMnO3 -jenis senyawa [37]. Kopling antara feroelektrik dan orde magnetik sangat berbeda, dan inilah alasan utama mengapa kopling magnetoelektrik tidak dapat dilakukan pada jenis bahan seperti itu. Tapi pergerakan ion di lapisan miring MnO5 polyhedra menyebabkan efek polarisasi bersih [38, 39] seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6. Juga dilaporkan bahwa YMnO heksagonal3 nanofibers disiapkan dengan metode sol-gel dan serat pintal yang disiapkan dikeringkan pada 125 °C dengan diameter seragam [40]. Dalam peningkatan suhu sampel yang disiapkan, ada perubahan yang memadai dalam rentang morfologi dan diameter dengan konstituen kimia homogen di sepanjang panjangnya.
Struktur kristal YMnO3 menampilkan lapisan MnO5 polyhedra dan atom Y di antara lapisan. Diadaptasi dari Wadati et al. [38]
Tampilan skema tiga dimensi YMnO3 di negara-negara terpolarisasi. Diadaptasi dari Spaldin et al. [39]
Langka Bumi (RMO3 , M =Fe, Cr, Mn ) Senyawa Multiferro
Penelitian terbaru menemukan bahwa oksida terner logam tanah jarang yang mungkin mengandung unsur besi, mangan, dan kromium di situs B menunjukkan sifat multiferroik di mana feromagnetik lemah disertai dengan perilaku feroelektrik suhu kamar [41]. Dalam kasus RFeO3 senyawa, struktur jenis senyawa tersebut adalah sel satuan ortorombik [42] dengan struktur perovskit terdistorsi. Distorsi ini hanya karena ion tanah jarang R
3+
posisi dan keberadaan Fe
3+
ion dalam lingkungan oktahedral. Struktur tersebut memiliki FeO6 oktahedra dalam tiga dimensi, salah satu O
2-
ion membentuk satu puncak umum antara dua oktahedra, dan dua atom besi memberikan ikatan pertukaran super melalui O
2-
ion. Dalam konsep ini, atom Fe sedikit miring sehingga menghasilkan interaksi feromagnetik yang lemah [43]. Sejak RFeO3 senyawa yang termasuk dalam keluarga ferit sentrosimetris, masih ada sifat feroelektrik suhu kamar. Perilaku yang tidak biasa ini dapat dijelaskan dengan literatur yang melaporkan SmFeO3 senyawa di mana spin non-ekuivalen bertanggung jawab atas sifat feroelektrik yang diinduksi dan diberi nama feroelektrik yang diinduksi pemesanan antiferromagnetik [44] yang telah ditunjukkan pada Gambar 7.
Struktur kristal dan spektrum magnetik SmFeO ortorombik3 . Diadaptasi dari Scoot et al. [44]
Kelas kedua dari oksida multiferroik tanah jarang adalah RCrO berbasis krom3 senyawa. Sebagai pengganti FeO6 struktur, kemiringan antifase CrO6 octahedra seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 8 hadir dalam ortorombik (RCrO3 , R =Y, Gd, Tb) senyawa multiferro. Polarisasi pasangan sifat feroik dengan urutan magnetik subkisi ion Cr, dan interaksi terkenal Dzyaloshinskii-Moriya (DM) memunculkan sifat feromagnetik yang lemah dari Cr
3+
ion [45]. GdCrO3 senyawa, momen magnet ion Cr, antiparalel dengan kation terdekat dan diwakili oleh konfigurasi tipe-G. Kelas feroelektrik RCrO3 senyawa masih belum dijelaskan dengan benar, sementara diasumsikan bahwa distorsi off-centring telah diusulkan untuk asal perilaku feroelektrik. Mekanisme semacam ini dilaporkan dalam jumlah besar, nano, film tipis RCrO3 senyawa [46,47,48]. Dengan adanya medan magnet yang diterapkan, kekuatan polarisasi dapat divariasikan dalam kasus GdCrO3 senyawa. YCrO3 adalah ortorombik tetapi masih feroelektrik karena atom Cr dipindahkan dari posisi ke arah tertentu yang menghasilkan polarisasi. Ini menunjukkan konsep baru yang dapat divisualisasikan oleh banyak sifat tidak biasa dari bahan multi-fungsi.
Struktur kristal perovskit ortorombik terdistorsi dari RCrO3 . Diadaptasi dari Fender et al. [45]
Kubik GdFeO3 partikel dengan rute sintesis hidrotermal sederhana dan photoluminescence dan sifat magnetik diselidiki [49]. Melalui penyelidikan fotoluminesensi dan sifat magnetik, kubus ortorombik GdFeO3 partikel menunjukkan pendaran terdoping yang sangat baik, yang memancarkan cahaya berwarna berbeda ketika didoping dengan elemen tanah jarang yang berbeda. GdFeO3 partikel mengandung sifat paramagnetik. Ini bisa menjadi pendaran yang sangat baik dan bahan magnetik. Kopling magnetoelektrik tinggi dengan menggunakan satu kristal tunggal DyFeO3 dan GdFeO3 telah dilaporkan sebelumnya, tetapi sifat multiferroik hanya terjadi pada suhu yang sangat rendah [50]. Sintesis bubuk padat GdFeO3 dan GdCrO3 melibatkan penggilingan mekanis ekstensif dari oksida yang dibutuhkan (Gd2 O3 , Fe2 O3, dan Cr2 O3 ) pada suhu kalsinasi yang cukup tinggi 1800 °C. Metode sonokimia sederhana untuk sintesis nanopartikel dari serangkaian ortoferit tanah jarang dilaporkan. Proses sonokimia ini memungkinkan sintesis nanopartikel dari ortoferit tanah jarang pada suhu kalsinasi yang jauh lebih rendah dengan menggunakan prekursor sederhana, pentakarbonil besi, dan karbonat tanah jarang. Perlu dicatat bahwa kogenerasi fase garnet belum diamati, seperti biasanya dengan metode konvensional. Penurunan drastis pada suhu kalsinasi dapat disebabkan oleh pembentukan ultrasonik oksida besi amorf dari Fe(CO)5 . GdFeO berukuran nano3 , ErFeO3 , TbFeO3 , dan EuFeO3 disiapkan dengan metode ini, dan sifat magnetiknya juga dipelajari secara rinci [51]. Nanopartikel ortoferit yang sangat kristalin (tipe La1−x Gdx FeO3 , di mana x = 0 hingga 1) disiapkan menggunakan metode pembakaran sendiri. Perhatian khusus kami adalah pada karakterisasi sifat struktural dan magnetik dari senyawa yang diberikan dengan penekanan kuat pada peran Gd
3+
ion dalam modulasi struktur dan respon magnetik [52]. Perovskit dengan komposisi MFeO3 adalah kelas bahan yang memiliki aplikasi potensial seperti katalis [53], sensor, [54] semikonduktor, dan [55] bahan magnetik dan magneto-optik [56]. Sintesis fase-selektif dari LnFeO3 (Ln =tanah jarang) menantang karena ada fase hidup berdampingan yang tidak diinginkan [57, 58]. Gd yang digerakkan oleh cahaya tampak2 Ti2 O7 /GdCrO3 komposit untuk evolusi hidrogen telah dilaporkan, dan serangkaian Gd2 Ti2 O7 /GdCrO3 komposit dibuat dengan pembakaran solid-state. Aktivitas fotokatalitik komposit diperiksa terhadap produksi hidrogen tanpa menggunakan ko-katalis apa pun di bawah penerangan cahaya tampak. Laju pembentukan hidrogen diukur dengan alat pengukur aktivitas fotokatalitik dan kromatografi gas (GC). Efisiensi tertinggi diamati pada GTC komposit (Cr:Gd:Ti = 1:1:1). Atas dasar pengukuran arus foto dan PL, mekanisme peningkatan aktivitas fotokatalitik telah dibahas [59]. Sifat magnetik yang tidak biasa dari ortoferit nanokristalin, GdFeO3 , disintesis dengan rute reaksi solid-state (SSR) konvensional berdasarkan pencampuran stoikiometri Fe2 O3 dan Gd2 O3 telah ditemukan dalam laporan [60]. Sampel polikristalin GdFe1-x Nix O3 (x = 0,0, 0,1) disiapkan dengan rute reaksi keadaan padat. Juga diketahui bahwa Ni
3+
substitusi ion menghasilkan kontraksi kisi dan peningkatan konstanta dielektrik, kehilangan tangen, dan konduktivitas AC [61].
Satu-satunya studi magnetik yang tersedia difokuskan pada spektrometri Mossbauer untuk menyelidiki transisi SR yang diinduksi medan di DFO [62, 63]. Di antara senyawa ini, DFO adalah satu-satunya ortoferit tanah jarang yang menunjukkan transisi Morin pada 35 K diikuti oleh tiga transisi anomali pada suhu 77 K, 130 K, dan 270 K yang berasal mungkin karena efek reorientasi putaran (SR) yang diinduksi medan berasal dari interaksi magnetis yang bersaing antara Dy
3+
dan Fe
3+
ion. Sintesis yang dibantu gelombang mikro dari kromit tanah jarang dan sifat fisik dilaporkan. Pengukuran magnetisasi menunjukkan bahwa suhu Neel untuk antiferromagnetik Cr
3+
-Cr
3+
pemesanan sangat bergantung pada RE
3+
jari-jari ionik dan beragam interaksi putaran magnet yang berbeda ada. Pada pelet yang disinter, perbedaan elektronik pada batas butir dan bahan curah interior, yang memberikan dua relaksasi dielektrik yang dipantau oleh spektroskopi dielektrik. Difraksi sinar-X, spektroskopi Raman, dan data permitivitas dielektrik yang bergantung pada suhu tidak menunjukkan potensi non-sentrosimetri dalam kristal atau feroelektrik yang menyertainya. Upaya sistematis telah dilakukan untuk mempersiapkan rangkaian lengkap (RE)CrO3 senyawa, yang mungkin menyerupai struktur YCrO3 menggabungkan. Penyelidikan rinci sifat magnetik dan dielektrik dan korelasinya dengan fokus khusus pada kemungkinan perilaku magnetoelektrik atau multiferroic seperti yang diamati dilaporkan [64]. Sifat pengangkutan muatan dalam (RE)CrO3 bahan telah diklaim melibatkan semikonduktor tipe-p dengan kepekaan terhadap kelembaban, metanol, etanol, dan beberapa gas, yang berguna untuk aplikasi sensor potensial. [65, 66]. Selanjutnya, LaCrO3 dan varian yang didoping adalah kandidat untuk aplikasi sebagai bahan yang saling berhubungan dalam sel bahan bakar oksida padat [67, 68] dan sebagai katalis untuk oksidasi hidrokarbon [69]. Ortoferit tanah jarang dari jenis LnFeO3 (Ln Gd, Dy, Sm) mengkristalkan struktur perovskit yang terdistorsi secara ortorombik. Adanya polarisasi listrik dalam keadaan feromagnetik lemah DyFeO3 dilaporkan dalam sampel polikristalin, [70] dimana feroelektrik menghilang di bawah suhu reorientasi putaran. Pentingnya medan lokal yang diinduksi pada ion Dy oleh momen feromagnetik lemah dari sublattice Fe di G4 struktur diungkapkan oleh medan nol [71] spektrum Fe Mossbauer dari DyCrO3 . Kerentanan magnetik ortokromit tanah jarang berat pada suhu yang lebih tinggi [72] dan sifat magnetokalorik dari tanah jarang tersubstitusi DyCrO3 juga telah dilaporkan [73]. Penyelidikan rinci interaksi magnetik ditemukan di DyCrO3 bubuk curah [74] menggunakan metode sintesis hidrotermal. Studi mendetail tentang CeCrO nanokristalin3 ditemukan menunjukkan multifungsi seperti antiferromagnetisme, perilaku relaksan, dan celah pita optik di wilayah yang terlihat. Rute sintesis yang baru dikembangkan ini membuka kemungkinan besar persiapan Ce
3+
yang sampai sekarang tidak diketahui oksida campuran berbasis, analog dengan tanah jarang lainnya (RE
3+
) rekan [75]. Keadaan metastabil yang diinduksi medan dengan urutan kutub listrik muncul pada suhu pemesanan magnetik Cr
3+
ion dalam ortokromit tanah jarang feromagnetik lemah (RCrO3 , di mana R adalah ion tanah jarang magnetik), menunjukkan polarisasi listrik yang relatif besar ~ 0.2–0.8 μC/cm
2
, mulai dari suhu yang agak tinggi (~ 120–250 K) sesuai dengan suhu Neel dari subsistem Cr [76]. Sifat magnetik statis dan dinamis serta pengaruh kimia permukaan terhadap morfologi dan kristalinitas DyCrO3 nanoplatelet telah dilaporkan [77].
Juga dilaporkan bahwa orthoferrites berukuran nano dapat digunakan sebagai fotokatalis dalam dekomposisi air atau degradasi pewarna di bawah iradiasi cahaya. Area penelitian ini telah diperluas secara signifikan karena munculnya kelas oksida baru yang menunjukkan sifat multiferroik dan magnetoelektrik yang menarik yang timbul dari feroelektrik yang diinduksi secara magnetis. Menariknya, bahan-bahan ini adalah oksida logam transisi sederhana, kebanyakan dari mereka memiliki struktur perovskit. Fitur baru ferit dan kromit multiferroik dan magnetoelektrik yang menunjukkan feroelektrik yang digerakkan secara magnetis. Telah terlihat bahwa hampir semua fotokatalis semikonduktor oksida stabil tetapi aktif di bawah penyinaran sinar UV. Mengembangkan metode ringan umum untuk menyiapkan kromit tanah jarang dengan ukuran dan bentuk kristal yang seragam adalah penting untuk aplikasi terkait kristal tunggal lebih lanjut. Kristal tunggal berukuran mikrometer mempertahankan lebih banyak sifat massal dibandingkan dengan rekan polikristalin terkait yang diperoleh dengan prekursor perlakuan suhu tinggi. Memahami struktur kristal dan struktur pita oksida logam kompleks tidak diragukan lagi merupakan aspek kunci untuk mengeksplorasi fungsionalitas baru atau yang ditingkatkan. Untuk reaksi suhu rendah, khususnya, yang topokimia, sama pentingnya adalah pemahaman tentang faktor-faktor untuk mengarahkan struktur akhir selama reaksi, seperti fase antara dan rute migrasi ion, dengan memanfaatkan pertimbangan kinetik dan termodinamika. Selain itu, pengetahuan seperti itu, seperti yang ditunjukkan di sini oleh pekerjaan film tipis, pasti akan membantu dalam mengembangkan konduktor ion baru menuju aplikasi suhu rendah. Dinding berpori makro terdiri dari nanopartikel ortoferit tanah jarang, dan bahan berpori hierarkis ini menunjukkan aktivitas katalitik yang tinggi untuk reaksi CO+NO, dan NO dapat sepenuhnya diubah menjadi N2 pada suhu serendah 350 ° C, menunjukkan potensi mereka dalam konversi katalitik gas buang otomotif dan bidang terkait katalisis lainnya. Strategi sintesis ini adalah metode yang mudah untuk persiapan bahan berpori hierarkis dan dapat memberi kita pedoman untuk sintesis bahan fungsional dengan aplikasi katalitik lebih lanjut [78]. Dengan berkembangnya industri otomotif, gas buang mobil telah menjadi salah satu sumber utama polusi udara. Pengendalian polusi knalpot mobil sangat penting untuk mengurangi polusi udara. 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 Bi0.90 Tb0.10 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.
Kesimpulan
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.
