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Materiali multiferroici
Compositi piezoelettrici e magnetici a diversa architettura
Responsabili: Elisa Mercadelli
Personale coinvolto: Claudio Capiani, Carmen Galassi, Carlo Baldisserri, Pietro Galizia
Fra i materiali multifunzionali, che combinano diverse proprietà nella stessa struttura, i materiali multiferroici sono di notevole e crescente interesse. Sono materiali mono‐ o bi‐fasici in cui la magnetizzazione può essere indotta da un campo elettrico e una polarizzazione elettrica può essere indotta da un campo magnetico.
Le potenziali applicazioni di attuale interesse spaziano dalla sensoristica ad applicazioni spintroniche come tecnologia di memorizzazione ed elaborazione dell’informazione. Il connubio tra le proprietà ferroelettriche e quelle ferromagnetiche e l’ingegnerizzazione dei materiali multiferroici hanno come obbiettivo lo sviluppo di una nuova generazione di dispositivi elettronici, come microprocessori, memorie non volatili, transistor ad effetto di campo, più veloci dei componenti attuali e con ridotti consumi energetici.
L’attività presso ISTEC è attualmente focalizzata ai processi per lo sviluppo dei nuovi materiali e soprattutto alla produzione di compositi attraverso la combinazione di un materiale magnetico con un materiale dielettrico o ferroelettrico.
La coesistenza dei sottosistemi magnetici ed elettrici ha un effetto moltiplicatore sulle proprietà finali del composito, le quali non sono presenti nelle singole fasi, e offrono un grado di libertà addizionale nella progettazione dei dispositivi.
Ottimizzati i parametri di processo per la produzione dei singoli materiali, materiali magnetici quali ferriti di Co, Mn, Ba, etc vengono accoppiati al materiale dielettrico/ ferroelettrico con diverse architetture (in forma di materiali massivi o film spessi). I materiali multifunzionali sviluppati vengono prodotti con geometrie “near net-shape” da assemblare nei dispositivi.
E’ stata prodotta una struttura miniaturizzata in cui uno strato sottile piezoelettrico è accoppiato ad una testa magnetica.
Strumenti e processi
Lo studio verte dalla sintesi delle polveri alla miscelazione ingegnerizzata, trattamenti termici e lavorazioni al fine di ottenere materiali monofasici o compositi laminati o particolati.
Principali collaborazioni
- Politecnico di Torino
- University “Alexandru Ioan Cuza” din Iasi
- Istituto dei Sistemi Complessi (CNR-ISC)
- Departamento de Materiales Ferroeléctricos (ICMM – CSIC)
Progetti
Pubblicazioni
- P. Galizia, M. Cernea, V. Mihalache, L. Diamandescu, G. Maizza, C. Galassi, Easy batch-scale production of cobalt ferrite nanopowders by two-step milling: structural and magnetic characterization, Materials and Design 130 (2017) 327–335
- P. Galizia, C. E Ciomaga, L. Mitoseriu, C. Galassi, PZT-cobalt ferrite particulate composites: densification and lead losses control by quite-fast sintering, J Eur Ceram Soc 37 (2017) 161–168.
- F. Craciun, M.Cernea, V. Fruth, M. Zaharescu, I. Atkinson, N. Stanica, L. Tanase, L. Diamandescu, A. Iuga, C. Galassi, Novel Multiferroic (Pb1-3x/2Ndx)(Ti0.98-yFeyMn0.02)O3 Ceramics with Coexisting Ferroelectricity and Ferromagnetism at Ambient Temperature, Materials and Design 110, (2016), 693–704
- P. Galizia, D. Gardini, S. Ortelli, C. Capiani, M. Anbinderis, R. Grigalaitis, G. Maizza, C. Galassi, Novel magnetodielectric cobalt ferrite – titania – silica ceramic composites for high frequencies applications, Ceramics International 42 (2016) 16650–16654
- P. Galizia, C. Baldisserri, C. Capiani, C. Galassi Multiple parallel twinning overgrowth in nanostructured dense cobalt ferrite, Materials and Design 109 (2016) 19–26
- M. Cernea, P. Galizia, I. V. Ciuchi; G. Aldica, V. Mihalache, L. Diamandescu, C. Galassi, CoFe2O4 magnetic ceramic derived from gel and densified by spark plasma sintering, Journal of Alloys and Compounds 656 (2016) 854-862
- P. Galizia; I. V Ciuchi; D. Gardini; C. Baldisserri; C. Galassi, Bilayer film based on composite CoFe2O4/TiO2 and niobium-doped PZT by electrophoretic Deposition, J. Eur. Ceram. Soc. 36, 2, (2016), 373–380
- P. Galizia, C. Baldisserri, C. Galassi, Microstructure development in novel titania-cobalt ferrite ceramic materials, Ceramics International 42 (2016) 2634–2641 (Available online 20 October 2015
- M. Cernea, R. F. Negrea, I. V. Ciuchi, C. Baldisserri, R. Trusca, C. Galassi Dielectric characterization of BaxSr1-xFe12O19 (x=0.05-0.35) ceramics, Ceramics International 42 (2016), pp. 1050-1056. DOI information: 10.1016/j.ceramint.2015.09.029.