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3 Materiais Multiferróicos Magnetoelétricos<br />O magnetismo e a ferroeletricidade são fundamentais para o<br />desenvolvimento tecnológico atual. Os materiais ferroelétricos apresentam<br />uma polarização manifestada na forma de deslocamentos atômicos<br />cooperativos, que pode ser invertida com a aplicação de um campo elétrico<br />externo [35]. Eles são amplamente utilizados como transdutores, atuadores,<br />capacitores, sensores e como memórias não-voláteis [1]. Os materiais<br />ferromagnéticos exibem uma magnetização espontânea devido ao fenômeno<br />quântico de troca “exchange” [36], que pode ser invertida com a aplicação de<br />um campo magnético externo. As aplicações de materiais magnéticos são<br />inúmeras e, recentemente, a descoberta de magnetoresistividade gigante [37]<br />e colossal [38], onde campos magnéticos causam a mudança de condutividade<br />em até uma ordem de grandeza, têm sido particularmente significantes sendo<br />que sensores e memórias baseadas nesses materiais estão em pleno<br />desenvolvimento. Os materiais multiferróicos magnetoelétricos possuem todos<br />os potenciais para aplicações dos materiais ferromagnéticos e ferroelétricos e<br />ainda apresentam um vasto número de possíveis aplicações devido ao<br />acoplamento entre a polarização e a magnetização espontânea [7]. Por isso o<br />estudo da ferroeletricidade e do magnetismo é essencial para o entendimento<br />e desenvolvimento de materiais ferroelétricos e magnéticos, além disso, esses<br />conhecimentos são a base para o estudo dos materiais multiferróicos<br />magnetoelétricos.<br />3.1 Materiais Magnéticos<br />Os materiais magnéticos são aqueles que sofrem uma transição de fase<br />de uma temperatura mais elevada que não apresenta um momento magnético<br />macroscópico para uma fase com temperatura mais baixa que apresenta uma<br />magnetização espontânea, mesmo sem a aplicação de um campo magnético<br />externo. Esta magnetização é criada pelo alinhamento de momentos de<br />dipolos magnéticos intrínsecos do material como resultado de complicadas<br />28
interações de trocas quânticas, para as quais a energia magnética associada é<br />menor para um alinhamento paralelo dos momentos de dipolos [36].<br />3.1.1 Ordenamentos Magnéticos e Magnetização<br />Inicialmente os momentos magnéticos estão distribuidos aleatoriamente<br />em um estado paramagnético, fig. 3.1 (a), onde sua energia térmica é<br />suficientemente elevada para anular as interações de troca quânticas<br />responsáveis pelo ferromagnetismo. Uma vez que o material atinge a<br />temperatura de transição de fase magnética, ou temperatura de Curie TC, as<br />interações de troca começam a dominar e ocorre o alinhamento ordenado dos<br />momentos magnéticos, ferromagnetismo fig. 3.1 (b). Um material magnético é<br />divido em domínios com direções de magnetização diferentes, de modo a<br />minimizar sua energia. A orientação desses domínios em uma mesma direção,<br />ou magnetização, devido a aplicação de um campo magnético, H, resulta em<br />uma curva de histerese da magnetização pelo campo magnético aplicado, fig.<br />3.2. O material magnético começa em um estado desmagnetizado e com o<br />aumento do campo a magnetização sai do zero até o seu valor de saturação,<br />Ms, quando o campo é reduzido a zero, depois da saturação, a magnetização<br />decai para Mr, magnetização remanescente. O campo necessário para reduzir<br />à magnetização a zero é chamado de campo coercitivo HC.<br />Fig. 3.1 Estados (a) paramagnético, (b) ferromagnético, (c) antiferromagnético e (d) ferrimagnético.<br />29
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