Immanuel Kant Baltık Federal Üniversitesi (BFU) Araştırma ve Eğitim Merkezi’nden “Fonksiyonel Nanomalzemeler” bölümünden bir ekip; bizmut ferrite (BiFeO3) dayalı seramik malzemelerin yapısı ile manyetik özellikleri arasında bir ilişkiyi araştırdı.
Çalışmalarından elde edilen sonuçlar; bilim insanlarını teorik olarak haklı çıkardı. Böylece malzemelerin yapısal gelişimini ve manyetik davranışlarındaki değişiklikleri etkileyen faktörleri belirlemiş oldular. Bu çalışma verilen özelliklerle yeni seramik malzemelerin oluşturulmasına yardımcı olacaktır.
Bizmut ferritin yapısı; kalsiyum ve titanyum bazlı bir mineral olan perovskite benzer. Ancak aynı zamanda oksijen atomları da içerir. İyi bilinen yüksek sıcaklık süper iletkenleri (yani belirli sıcaklıklarda direnci olmadan akımı iletebilen malzemeler) de bu yapıyla aynı özelliğe sahiptir. Perovskite benzeri kristal ızgaralı birçok malzeme; güneş enerjisi işlemcisi olarak kullanılır.
Bizmut ferrit kaynağına farklı elementlerin iyonları eklendiğinde; kristal örgüsünde ve dolayısıyla fiziksel özelliklerinde değişikliklere neden olur. BFU fizikçileri buna; metal (kalsiyum, manganez, titanyum ve niyobyum) iyonları ekleyerek, malzemenin manyetik özelliklerini ölçtüler. Yeni atomların yerleştirilmesi; geçiş elementlerinin tipinden bağımsız olarak, kristal kafesin sıkışmasına yol açtığını ortaya çıkardı.
Bu süreci, malzemenin manyetik yapısındaki değişimler izler. Kendiliğinden kutuplaşmasını kaybeder; yani atomların dipol anları; (elektrik kuvvetlerinin yönünü belirleyerek) harici bir elektrik alanı yokluğunda, sabit oryantasyondan mahrum kalır. Bizmut ferrite başka metallerin atomları eklendiğinde, ayrıca diğeri, ferromanyetik* özelliklerini de kaybeder: Atomların dipol momentleri** artık birbirlerine doğru yönlendirilmez… Dahası, kalsiyum niyobyum veya titanyum ile birlikte eklendiğinde, malzemenin manyetik yapısı ferromanyetik hale gelir: Böylece dipol*** momentleri yönsüz olur. Bir manyetik alanın etkisinin kesilmesinden sonra, bu numuneler ferromanyetik malzemeler için tipik bir özellik olan “artık manyetizma” açığa çıkarmıştır.
“Fonksiyonel Nanomalzemeler” Bölümü Araştırmacı Vadim Sikolenko: “Malzemeye titanyum veya niyobyum ile birlikte kalsiyum eklendiğinde; meydana gelen zayıf ferromanyetik durumlar; manyetik olmayan atomlardan geçen manyetik atomlar arasındaki reaksiyonla açıklanır. Genellikle küçük değerleri nedeniyle hesaba katılmaz, ancak Ferromanyetik malzemeler söz konusu olduğunda; malzemenin manyetik davranışında önemli dalgalanmalara neden olabilir.”
* Ferromanyetik maddeler: Herhangi bir mıknatısın manyetik alanı içerisindeyken o mıktanısın manyetik alan çizgileri ile aynı yönde mıknatıslanabilen Demir, Kobalt, Nikel, Çelik, Alniko gibi maddelerdir. Ferromanyetik maddeler, kendisini mıknatıslaştıran cisim tarafından çekilirler.
** Dipol Moment: Dipol uçlarının ayrılmasının, matematiksel çarpımı ve yüklerin büyüklüğü.
*** Dipol Moleküller: Dipol bir molekülde elektronegatiflikleri farklı iki atom arasında oluşan polar kovalent bağlar, molekül üzerinde kalıcı dipol karakter oluşturur. Bu tür moleküllere dipol moleküller ya da polar moleküller denir.
