Design an implementation of a system for magnetoelectric measurements on BiFeO3 nanoparticles as a function of temperature and magnetic field

Abstract

"The magnetoelectric effect (ME), the appearance of a dc bias voltage in the presence of an ac magnetic field, present in multiferroic materials attracts much attention since it allows for a novel way to couple electric and magnetic fields. Materials exhibiting ME possess a strong coupling of the magnetic and lattice degrees of freedom. Therefore, controlling the phonon modes and the spin polarization allows for understanding the underlying mechanism that gives rise to ME. Phonon modes and spin polarization are usually controlled by temperature and magnetic field. Unfortunately, measuring techniques for studying the magnetoelectric effect in multiferroic materials and nanostructures under such conditions of temperature and magnetic fields are not well established yet. In this work, we developed an experimental setup for magnetoelectric measurements as a function of temperature and the magnetic field in BiFeO3 nanoparticles and nanostructures. We address the overall process of the measurement technique, as well as the theory of the coupling and advantages and disadvantages of our method. We study the magnetoelectric coupling with AC magnetic field at frequencies starting from 1 kHz to 10kHz with amplitudes of 0.2mT to 2mT and DC magnetic fields from 0.8T to 12T. Magnetoelectric coupling was measured and studied in the archetypical multiferroic material BiFeO3 prepared by a sol-gel synthesis in the form of nanoparticles."--Tomado del Formato de Documento de Grado.

"El efecto magnetoeléctrico (EM), la aparición de un voltaje de polarización de DC en presencia de un campo magnético de AC, presente en materiales multiferroicos, atrae mucha atención ya que permite una nueva forma de acoplar campos eléctricos y magnéticos. Los materiales que exhiben ME poseen un fuerte acoplamiento de los grados de libertad magnéticos y reticulares. Por lo tanto, controlar los modos de fonón y la polarización de espín permite comprender el mecanismo subyacente que da lugar a ME. Los modos de fonón y la polarización de giro generalmente se controlan por temperatura y campo magnético. Desafortunadamente, las técnicas de medición para estudiar el efecto magnetoeléctrico en materiales multiferroicos y nanoestructuras bajo tales condiciones de temperatura y campos magnéticos aún no están bien establecidas. En este trabajo, desarrollamos una configuración experimental para mediciones magnetoeléctricas en función de la temperatura y el campo magnético en nanopartículas y nanoestructuras de BiFeO3. Abordamos el proceso general de la técnica de medición, así como la teoría del acoplamiento y las ventajas y desventajas de nuestro método. Estudiamos el acoplamiento magnetoeléctrico con campo magnético de AC en frecuencias que comienzan desde 1 kHz a 10 kHz con amplitudes de 0.2mT a 2mT y campos magnéticos de CC de 0.8T a 12T. El acoplamiento magnetoeléctrico se midió y estudió en el material multiferroico arquetípico BiFeO3 preparado por una síntesis sol-gel en forma de nanopartículas."--Tomado del Formato de Documento de Grado.