Útiles en tecnologías médicas, electrónicas, de  cómputo y celdas solares, las cerámicas y películas delgadas multiferroicas  tienen varias funciones y capacidad de almacenar gran cantidad de datos en  pequeños dispositivos 
En busca  de nuevos materiales multiferroicos que suman propiedades eléctricas y  magnéticas, un grupo de investigadores del Centro de Nanociencias y  Nanotecnología (CNyN) de la UNAM ensaya, en la escala de lo pequeño, nuevas  combinaciones para la tecnología del siglo XXI.
Útiles  como componentes de dispositivos médicos, electrónicos, de cómputo y en celdas  solares, los multiferroicos son materiales de amplia aplicación industrial,  pero tienen elementos contaminantes como el plomo.
“Uno  de los retos es sustituir paulatinamente los componentes que dañan al medio  ambiente con nuevas combinaciones, pero sin perder eficiencia”, planteó  Jesús María Siqueiros Beltrones, investigador del CNyN campus Ensenada de esta  casa de estudios.
Eléctricos  y magnéticos
La  ferroelectricidad es la capacidad de algunos materiales para guardar  información en su estructura cristalina, sin necesidad de conectarlos a una  fuente de energía como la corriente eléctrica o las baterías. Los datos se  almacenan por la polarización eléctrica, que puede ser activada externamente  por un voltaje y persistir aunque éste sea retirado.
En tanto,  el ferromagnetismo representa un comportamiento similar, excepto que aquí  hablamos de polarización magnética y dipolos magnéticos; no obstante el origen  de la ferroelectricidad y el magnetismo es diferente.
Habría un  tercer fenómeno de este tipo, la ferroelasticidad, que refiere las  deformaciones espontáneas del material.
Se le  llama multiferroico a un material que en su comportamiento presente al menos  dos de estas tres propiedades. Siqueiros Beltrones explicó que los materiales  con esta doble capacidad pueden construirse en forma de cerámica (pastillas o  tabletas) o de película delgada (capas con espesores que van de algunos hasta 500  nanómetros).
“Como  cerámicos dominan en cierto tipo de aplicaciones médicas. Por ejemplo, el  titanato o circonato de plomo (PZT, que convierte la energía mecánica en  electricidad y viceversa) sirve para producir fuentes de ultrasonido –con  éste se hacen estudios diagnósticos–, también funciona como sensor de  ultrasonido para sonares y otros equipos marinos”, detalló.
En tanto,  como películas delgadas se usan en microelectrónica de la computación.  “Por sus propiedades, se aprovechan para construir memorias de  computadora en diferentes formas. Los ferroeléctricos presentan, incluso en  ausencia de un campo eléctrico, una polarización eléctrica; esta última se  puede invertir, lo que permite crear dispositivos de cómputo, pues define dos  estados estables (cero y uno) y con eso es factible construir el álgebra en la  que se basa la computación”, resumió.
Las  películas delgadas de materiales ferroeléctricos tienen, en general, una  constante dieléctrica muy alta, lo que ayuda a desarrollar condensadores  pequeños, pero de gran capacidad.
“Al  habilitar en estos materiales la propiedad magnética, surge la posibilidad de  construir memoria de computadora que en vez de dos estados estables tenga  cuatro, pues el campo eléctrico puede tener dos orientaciones, el campo magnético  otras dos, y es posible combinar ambos fenómenos, lo que amplía la capacidad de  la memoria. Es algo que se investiga en la actualidad”, señaló.
Moléculas  de un material a otro
Entre sus  experimentos, los científicos universitarios utilizan la ablación láser, un  método que, tras bombardear con haces de luz láser de alta potencia un  material, desprenden de éste átomos, moléculas y partículas que se depositan  sobre un sustrato o sobre otra película delgada de un material diferente, para  obtener un sistema con nuevas capacidades.
Para  sustituir al plomo, se ha experimentado con titanato de bario, considerado el  material piezoeléctrico por excelencia, que tuvo auge tras la Segunda Guerra  Mundial. “Sigue presente, pero no se ha establecido como material definitivo.  Se usa mucho para condensadores, pero no tanto para memoria”, indicó.
  El físico y sus colegas prueban opciones no contaminantes a partir de  materiales cerámicos como niobio, potasio y sodio, llamados genéricamente KNN.
“Bajo  ciertas condiciones especiales comienzan a dar propiedades. A los KNN les  agregamos elementos de tierras raras como lantano, y otras como litio y  tantalio; así, hemos logrado mejorar algunas propiedades. Estamos en el proceso  de integrar a ese material ‘impurificaciones’ que van del 0.5 al  tres por ciento atómico”, precisó.
Hasta  ahora, prosiguió, el desarrollo más prometedor es el KNN, aunque enfrentan el  problema de que los compuestos de sodio y potasio son higroscópicos (les gusta  el agua), así que se debe cuidar que el material no absorba humedad, que esté  encapsulado o aislado, lo que traduce el inconveniente tecnológico en uno  económico, pues se requiere un proceso adicional en la fabricación.
Otro  material con el que experimentan en el CNyN es el PFN, un óxido de plomo, fierro  y niobio, que tiene comportamiento ferroeléctrico y magnético. “Lo más  importante es la interacción entre ambos, pues esto permite, en aplicaciones en  cómputo, grabar magnéticamente y leer eléctricamente un proceso que es  energéticamente muy eficiente”, concluyó.

 
