| ferită de bismut | |
|---|---|
| General | |
Nume sistematic |
ferită de bismut |
| Chim. formulă | BiFeO 3 |
| Datele se bazează pe condiții standard (25 °C, 100 kPa), dacă nu este menționat altfel. | |
Ferita de bismut ( BiFeO 3 , cunoscută și sub numele de BFO în literatura științifică) este un compus anorganic cu o structură de perovskit și unul dintre multiferoicii promițători [1] . La temperatura camerei, BiFeO 3 aparține grupului spațial R3c [2] . Este sintetizat în vrac sau sub formă de peliculă subțire, fiecare dintre ele având o temperatură a punctului Neel antiferomagnetic (ordonare de tip G) și o temperatură feroelectrică.[ ce? ] Temperatura punctului Curie [3] . Polarizarea feroelectrică atinge valori de 90-95 μC/cm 2 și are loc de-a lungul direcției pseudocubice [3] .
Ferita de bismut nu se găsește în natură. Sintetizată prin diferite metode:
În metoda clasică de sinteză, oxidul de bismut (Bi 2 O 3 ) și oxidul de fier (Fe 2 O 3 ) sunt amestecate într-un raport de 1:1 într-un mortar sau o moară cu bile și apoi arse la temperatură ridicată. Volatilitatea bismutului și stabilitatea relativă a fazelor Bi 25 FeO 39 (silenit) și Bi 2 Fe 4 O 9 (mullit) reduc puritatea și încalcă stoichiometria[ ce? ] a materialelor primite. Prăjirea se efectuează de obicei la temperaturi de 800-880 ° C cu expunere la o temperatură maximă de 5-60 de minute, urmată de răcire rapidă. Un exces de Bi 2 O 3 face posibilă compensarea volatilității bismutului și prevenirea formării Bi 2 Fe 4 O 9 .
Ferita de bismut se topește incongruent , dar poate fi crescută dintr-o topitură bogată în oxid de bismut (de exemplu, un amestec 4:1:1 de Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Bi 2 O 3 la aproximativ 750-800 °C ). Calitatea înaltă a monocristalelor a fost utilizată în mod activ pentru a studia proprietățile feritei de bismut.
Pentru a obține o fază BiFeO 3 pură , se folosesc căi de sinteză chimică pe bază de sol-gel.[ ce? ] , metoda Pechini modificată și sinteza hidrotermală. Avantajul metodelor chimice este omogenitatea amestecurilor inițiale (precursori) și pierderea redusă de bismut datorită temperaturilor mult mai scăzute. În tehnologia sol-gel, masa amorfă este calcinată la 300–600°C pentru a îndepărta reziduurile organice și pentru a promova cristalizarea fazei de perovskit BiFeO3 . Dezavantajul este că pulberea rezultată trebuie sinterizată la o temperatură ridicată pentru a obține un policristal dens.
Depunerea cu laser pulsat ( PLD ) este o modalitate foarte comună de a obține filme epitaxiale BiFeO3 , iar substraturile SrTiO3 cu electrozi SrRuO3 sunt utilizate în mod obișnuit. Pulverizarea, depunerea de vapori metal-organici (MOCVD), depunerea stratului atomic (ALD) și depunerea în soluție chimică sunt, de asemenea, metode pentru producerea de pelicule subțiri epitaxiale de ferită de bismut. Pe lângă proprietățile magnetice și electrice, ferita de bismut are și proprietăți fotoelectrice, cunoscute sub numele de efect feroelectric fotovoltaic (FPV).
Fiind multiferoică la temperatura camerei și datorită proprietăților sale fotoelectrice, ferita de bismut are mai multe aplicații în domeniile magnetismului, spintronicii și fotoelectricității.
Cu efectul FPV, se creează un fotocurent într-un material feroelectric în timpul iluminării, a cărui direcție depinde de polarizarea feroelectrică a acestui material. Astfel, efectul FPV are un potențial promițător ca alternativă la dispozitivele fotovoltaice convenționale. Dar principalul obstacol este că materialele feroelectrice, cum ar fi LiNbO3, generează foarte puțin fotocurent datorită benzii interzise mari și conductivității scăzute. În această direcție, ferita de bismut a arătat un potențial mare, deoarece se observă un fotocurent mare în acest material sub iluminare. Majoritatea lucrărilor care folosesc ferită de bismut ca material fotovoltaic raportează forma sa de peliculă subțire, dar în câteva rapoarte, cercetătorii au format o structură cu două straturi cu alte materiale, cum ar fi polimerii, grafenul și alți semiconductori. În raport, s-a format o heterojoncție pin cu nanoparticule de ferită de bismut împreună cu doi purtători pe bază de oxizi. În ciuda acestor eforturi, eficiența de conversie a energiei obținută din ferita de bismut este încă foarte scăzută. .