Мультиферроики – материалы, которые объединяют в себе сразу два вида «ферро-упорядочений»: магнитное (ferromagnetic) и сегнетоэлектрическое (ferroelectric). Этим материалам присущи как свойства, характерные для каждого из классов в отдельности (спонтанная намагниченность, магнитострикция, спонтанная поляризация и пьезоэлектрический эффект), так и совершенно новые свойства, связанные с взаимодействием магнитной и электрической подсистем: магнитоэлектрический эффект (индуцированная магнитным полем электрическая поляризация и индуцированная электрическим полем намагниченность), эффект магнитоэлектрического контроля (переключение спонтанной поляризации магнитным полем и спонтанной намагниченности электрическим полем), магнитодиэлектрический эффект или «магнитоемкость» (изменение диэлектрической постоянной под действием магнитного поля). Так как однофазных мультиферроиков существует очень мало, то обычно применяют композиты из ферромагнитного и сегнетоэлектрического материалов. 

Авторы работы синтезировали нановолокна на основе CoFe2O4 (CFO) и Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PZT) с различными соотношениями между фазами (0,75:1, 1:1 и 1,25:1) с помощью золь-гель процесса и электроспиннинга с последующей закалкой полученного продукта. Исходя из данных, полученных с помощью SEM (рис.1), TEM, HRTEM и РФА (рис.2), учёные показали, что образующиеся нановолокна состоят из двух хорошо закристаллизованных фаз: CFO и PZT. 

Также были проведены исследования пьезоэлектрических и ферромагнитных свойств (рис.3). Было показано, что для полученных нановолокон CFO:PZT = 1,25:1, 1:1, 0,75:1 эффективный пьезоэлектрический коэффициент (d*33) равен 125, 140 и 157 pm/V, соответственно, тогда как для тонкой плёнки PZT – 93. При этом из данных магнитного гистерезиса полученных образцов следует, что намагниченность и коэрцитивная сила в ряду CFO:PZT = 1,25:1, 1:1, 0,75:1 уменьшаются (11,3, 8,6, 3,3 emu/g и 730, 576, 386 Ое, соответственно). Полученные значения намагниченности в несколько раз выше, чем для тонкой плёнки CFO, а коэрцитивная сила, наоборот, ниже. 

Учёные продолжат работу над данным видом материалов и в скором будущем проведут ряд экспериментов по измерению магнитоэлектрического связывания, что является очень перспективной областью исследования в наноразмерном масштабе. 

Рис.1. SEM-изображения нановолокон композита CFO-PZT состава 1:1 (a) до закалки и (b) после закалки на воздухе при 550°С. 

Рис.2. (a) Рентгенограмма полученных образцов с различным содержанием CFO и PZT, (b) и (c) электронная дифракция фаз CFO и PZT в образце с соотношением CFO:PZT=1:1, (d) и (f) HRTEM-изображения фаз CFO и PZT в одном волокне.

Рис.3. (a) – (c) Ферроэлектрический отклик композитных материалов на основе нановолокон с соотношением CFO и PZT=1,25:1, 1:1 и 0,75:1, соответственно, (d) Магнитный гистерезис полученных образцов.