En el diseño y desarrollo actual de los nuevos sistemas y dispositivos nanoestructurados para la electrónica, las comunicaciones, o el transporte, entre otros, los ojos de la comunidad científica y tecnológica están enfocados en el desarrollo de los materiales multiferroicos (MM) los cuales constituyen una nueva clase de materiales multifuncionales donde coexisten ordenamientos estructurales eléctrico, y/o magnético, y/o elástico en compuestos de una o de varias fases cristalinas. Entre los MM, los ferroelectromagnéticos de fase simple caracterizados por la presencia simultánea en sus estructuras cristalinas de ordenamientos ferroeléctrico y magnético de diferente índole (ferro-, anti-, o ferrimagnético) ocupan un lugar prominente; a su vez, los compuestos multiferroicos bifásicos conformados por ferroeléctricos y ferromagnéticos, adquieren cada vez más interés por sus potencialidades en arquitecturas nanoestructuradas. Una propiedad importante de los MM ferroelectromagnéticos es la magnetoelectricidad, la cual describe cuanto el ordenamiento eléctrico (magnético) es afectado por un cambio en el ordenamiento magnético (eléctrico) o la aplicación de un campo magnético (eléctrico) externo. La magnetoelectricidad, es para los MM ferroelectromagnéticos la propiedad que resume su multifuncionalidad._x000D_ Apreciando la novedad y relevancia científico-tecnológica del tema, y a partir de la experiencia adquirida durante los últimos años en esta línea de investigación (reflejado en 20 publicaciones, 4 memorias con arbitraje en congresos de prestigio como de la MRS, 46 trabajos en congresos internacionales y 58 nacionales, resultados apoyados por los proyectos PAPIIT 1N109305 y IN109608), el objetivo general del proyecto es desarrollar el estudio de la obtención y caracterización estructural y de las propiedades físicas (eléctricas, magnéticas y magnetoeléctricas) de materiales magnetoeléctricos nanoestructurados en películas delgadas empleando la técnica de erosión iónica, basados tanto en compuestos de una sola fase cristalina como en nanocompuestos bifásicos, sustentados en la hipótesis general de que mediante la fabricación de sistemas multiferroicos nanoestructurados se logren efectos eléctricos, magnéticos y magnetoeléctricos de gran novedad e interés en el ámbito científico-tecnológico internacional que puedan ser aplicados en nuevos dispositivos electrónicos._x000D_ Dando continuidad al trabajo realizado, nos planteamos estudiar heteroestruturas laminares nanoestructuradas sobre diferentes sustratos, de compuestos de interés de fase simple como el Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 y BiFeO3 impurificado con Nb y Sr, así como de nanocompuestos con arquitecturas columnares del sistema bifásico (1-x)BaTiO3-xCoFe2O4 haciendo uso del método de auto-ensamblado, lo cual, hasta donde conocemos, no ha sido reportado empleando la técnica de erosión iónica de modo que los resultados esperados gozaran de gran novedad en el ámbito internacional._x000D_ Referente al respaldo teórico de la investigación, se planea fomentar modelos teóricos y de simulación que contribuyan a la elaboración de una teoría hasta el momento inexistente que explique los fenómenos observados del acoplamiento magnetoeléctrico. _x000D_ La formación de recursos humanos es prioritaria. Durante el periodo de los 3 años, se planea la graduación de 1 estudiante de licenciatura, 1 maestro en ciencias (con posibilidad de continuar con estudios de doctorado) y que 2 estudiantes de doctorado desarrollen su trabajo de tesis.

Como se ha visto, la línea de investigación del presente proyecto, correspondiente al estudio de los materiales multiferroicos magnetoeléctricos nanoestructurados en películas delgadas, goza de gran actualidad, novedad y relevancia científico-tecnológica por su multifuncionalidad, versatilidad, y la alta viabilidad de su incorporación en el diseño y concepción de novedosos dispositivos y sistemas de aplicación en el campo de la nanotecnología con incidencia en la electrónica moderna concerniente a la naciente espintrónica y computación cuántica, nuevas estructuras de almacenamiento de datos, así como sensores y actuadores de nueva generación. _x000D_ Es menester destacar que como antecedentes recientes al presente proyecto, en los últimos 10 años hemos adquirido experiencia en el estudio de materiales multiferroicos lo cual se ve reflejado en la publicación de 20 artículos en revistas de relevancia internacional como la Applied Physics Letters, la Journal of Applied Physics, y la Solid State Sciences [16-35], 4 memorias indexadas en congresos de prestigio en el campo de los materiales como la MRS, y la presentación de 46 trabajos en congresos internacionales y 58 nacionales (ver CV del responsable). Tales resultados fueron apoyados por los proyectos PAPIIT 1N109305 y IN109608 con los cuales además se pudieron realizar desarrollos de infraestructura concernientes a la obtención y caracterización de materiales. Los detalles se recogen en un documento adjunto de forma electrónica._x000D_ De modo resumido podemos destacar los siguientes resultados más relevantes como antecedentes al proyecto: _x000D_ (i) un estudio detallado de los procesos de obtención, la caracterización morfológica, composición química, estructural y de las propiedades físicas como respuesta en temperatura y frecuencia, ferroeléctricas, piezoeléctricas y del acoplamiento magnetoeléctrico de cerámicas del compuesto Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 (PFN) obtenidas empleando diferentes precursores. Se pudo completar y concretar estudios donde se manifiestan sus propiedades multiferroicas y muy especialmente el acoplamiento entre sus propiedades ferroeléctricas y magnéticas. Tales trabajos han sido de primordial importancia para el estudiante de doctorado M.C. Reynaldo Font Hernández, Profesor de la Facultad de Física de la Universidad de la Habana, quien se encuentra en la fase de escritura de su tesis de doctorado en el tema “Estudio de la multiferroicidad en cerámicas del sistema ferroelectromagnético Pb(Fe0.5Nb0.5)O3”. De igual manera sienta las bases para la interpretación de la caracterización que se realice a continuación en el estudio de este compuesto en películas delgadas._x000D_ (ii) de ello se concretó la producción de blancos de PFN para ablación laser, y erosión iónica en RF así se realizó un estudio preliminar de las condiciones óptimas para la obtención de películas delgadas por erosión iónica reactiva en RF del compuesto PFN sobre electrodos inferiores de Pt y SrRuO3 (SRO) depositados estos sobre sustratos de Si con orientaciones (111) y (100) que culminó con la defensa de tesis de maestría de la ahora Master Paola Góngora Lugo participante como doctorante en el proyecto._x000D_ (iii) se realizó un estudio de cerámicas del compuesto BaTiO3-CoFe2O4 (BTO-CFO) lográndose la fabricación de blancos para la futura fabricación y estudio de películas delgadas nanoestructuradas de interés._x000D_ (iv) como resultado colateral de la investigación realizada sobre las películas delgadas de PFN, se obtuvo un nuevo compuesto pirocloro con fórmula estequiométrica Pb2FeNbO6.5 obtenido por erosión iónica en RF a partir de los blancos de PFN fabricados, sobre el cual se realizaron estudios preliminares estructurales y de su respuesta en frecuencia de la impedancia augurándose posibles aplicaciones que serán estudiadas en el futuro._x000D_ (v) se fabricó un blanco cerámico del compuesto SRO y se comenzó un estudio sobre las condiciones adecuadas de depósito por erosión iónica para su uso como electrodos inferiores por su gran afinidad con los materiales multiferroicos de oxidos complejos._x000D_ (vi) se logró, a partir de un estudio en cerámicas, la fabricación de un blanco y un estudio preliminar de las condiciones óptimas para la obtención de películas delgadas altamente texturadas por erosión iónica en RF del compuesto BiFeO3 (BFO) impurificado con Sr y Nb. Resultados parciales fueron publicados en un artículo en la Journal of Applied Physics [36]._x000D_ Dando continuidad al trabajo realizado en los estudios anteriores, teniendo en cuenta los problemas no resueltos identificados en el ámbito internacional, y sustentados en las hipótesis y la metodología descritas más abajo, en el presente proyecto nos planteamos contribuir principalmente con: _x000D_ 1) el logro de sistemas nanoestructurados de alta calidad cristalina, buscando la epitaxialidad, en base a películas delgadas crecidas por erosión iónica de materiales multiferroicos tomando como objeto de estudio los compuestos tanto de una fase simple como el PFN y el BFO dopado con Sr y Nb (donde coexisten el ordenamiento ferroeléctrico y magnético) así como de compuestos bifásicos en base a heteroestructuras PFN-BFO y de nanocompuestos del sistema BTO-CFO, que permitan a corto plazo fabricar prototipos de dispositivos magnetoeléctricos a escala de laboratorio que puedan ser implementados a nivel industrial y con aplicación en tecnologías afines. Esto último se espera pueda ser realizado empleando la infraestructura del Laboratorio de Nanofabricación con el cual contará el CNyN el próximo año._x000D_ 2) un estudio de los posibles efectos de interface que surgirán de las heteroestructras PFN-BFO las cuales no han sido no reportadas en la literatura y donde se espera encontrar el reforzamiento de las bondades de las propiedades ferroeléctricas del PFN como de las magnetoeléctricas del BFO a temperatura ambiente. _x000D_ 3) establecer las condiciones óptimas de depósito por erosión iónica, que haciendo uso del método de auto-ensamblado, logren películas delgadas de nanocompuestos de BTO-CFO lo cual hasta donde conocemos no ha sido reportado empleando la erosión iónica, de modo que los resultados esperados gozaran de gran novedad a nivel internacional. _x000D_ En este punto, se espera la evaluación de arquitecturas nanoestructuradas que puedan ser empleadas a largo plazo como sonsores o actuadores de nueva generación._x000D_ 4) establecer una metodología que empleado técnicas como la espectroscopia de impedancia, el método resonante y la medida de piezoelectricidad mediante sensores fotónicos cuando un campo magnético externo es o no aplicado, permita la caracterización eléctrica (dieléctrica, ferroeléctrica, piezoeléctrica y piroeléctrica), magnética y magnetoeléctrica de los materiales abordados, ya como dispositivos en base a películas delgadas nanoestructuradas (en estructuras electrodo / Multiferroico / electrodo / sustrato y electrodo / compuestoMultiferroico / electrodo / sustrato), con vistas a evaluar sus posibles aplicaciones tecnológicas especialmente en nanodispositivos lo cual constituirá una novedad de procedimiento del presente proyecto en la interpretación de las propiedades físicas de tales materiales._x000D_ 5) en lo que se refiere al respaldo teórico de la investigación, el estudio del acoplamiento entre el ordenamiento eléctrico y el magnético presente en un mismo material, constituye un tema completamente novedoso y de frontera que permitirá el fomento de modelos teóricos y de simulación que contribuyan a la elaboración de una teoría hasta el momento inexistente que explique tales fenómenos. En el proyecto se incursionará en explicaciones teóricas de la respuesta piezoeléctrica y piroeléctrica de los materiales bajo la acción de campos magnéticos externos a través del formalismo termodinámico de las relaciones constitutivas, el electromagnetismo y la teoría de la física acústica. De igual modo se tratará de aglutinar investigadores teóricos que contribuyan a explicar los mecanismos del acoplamiento magnetoeléctrico._x000D_ 6) la publicación de al menos 2 artículos por año en revistas con arbitraje de circulación internacional y la presentación de trabajos en los congresos nacionales e internacionales más importante