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Sistemi multiferroici magnetoelettrici innovativi: sintesi in alta pressione ed alta temperatura (HP/HT) e caratterizzazione avanzata

"Multifunctional Materials" è un argomento di crescente impatto nell'ambito della scienza e tecnologia dei materiali innovativi. Il multiferroismo è una proprietà della materia definita come la coesistenza fra due o più ordini ferroici primari, i principali sono ferromagnetismo e ferroelettricità. Qualora, oltre alla coesistenza, i due ordinamenti siano correlati, il multiferroico è contemporaneamente definibile come magnetoelettrico. Questa proprietà è di grande interesse per una serie di applicazioni, quali la sensoristica, l'elettronica avanzata e la spintronica.
Purtroppo una buona parte di questi materiali non può essere sintetizzata con tecniche standard, perché richiede condizioni termodinamiche molto inusuali. E' necessario operare in condizioni di alta pressione per poter accedere ad una regione del diagramma di stato di fatto ignota, ove spesso emergono proprietà inattese e interessanti. Tali condizioni sono accessibili presso i laboratori dell'istituto IMEM di Parma, tra i più attrezzati a livello europeo, dove una serie si apparati di sintesi non convenzionali (presse Multi-Anvil e Piston-Cylinder, sistema idrotermale, etc.) consentono di realizzare materiali in un ampio range di P-T, fino a 200 kbar e simultaneamente fino a 2200°C. La presenza di attrezzature sofisticate e la tradizione di IMEM nello studio di materiali innovativi, lo rende un centro di eccellenza nello studio dei materiali magnetoelettrici.
I materiali multiferroici magnetoelettrici hanno molto spesso una struttura tipo perovskite, a causa degli stringenti vincoli di simmetria e di proprietà di trasporto e dielettriche. La perovskite è una struttura ad alta densità, favorita e stabilizzata dall'alta pressione; grazie alla sua straordinaria tolleranza rispetto a sostituzioni chimiche e a distorsioni strutturali, nella medesima fase emergono proprietà che sono normalmente competitive ed esclusive; questo è il caso di magnetismo e ferroelettricità.
Lo sviluppo di competenze complementari consentono di caratterizzare all'IMEM i materiali magnetoelettrici in maniera completa: struttura e simmetria spaziale, isteresi magnetica, isteresi elettrica (campi coercitivi, polarizzazione di saturazione e TC) e misura diretta dell'accoppiamento magnetoelettrico (vedi figura).

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