Thin film composites in the BiFeO3–Bi4Ti3O12 system obtained by an aqueous solution-gel deposition methodology

Abstract

[EN] Thin film multiferroic composites, with a high quantity of interfaces between the different materials, represent a more feasible alternative to single phase systems in which the multifunctional response is usually hampered due to intrinsic physical constraints. Nowadays some of these composites can be produced by applying deposition techniques such as PLD, CVD, MBE or the like, which allow a high degree of crystallographic control. However, despite their effectiveness, all these techniques also involve a high consumption of energy in terms of temperature and/or vacuum. Within this frame, the present contribution proposes a sustainable chemical solution deposition process to prepare thin films of the multiferroic BiFeO–BiTiO composite system. More specifically an aqueous solution-gel plus spin-coating methodology is employed which also avoids the organic solvents typically used in a conventional sol–gel method, so further keeping an eye on the environmentally friendly conditions. Attempts are conducted that demonstrate how by systematically controlling the processing parameters it is possible to obtain thin film composites with a promising 3-3 type connectivity at temperatures as low as 600 °C.

[ES] Los materiales compuestos (composites) multiferroicos en forma de lámina delgada y conun gran número de intercaras entre los distintos componentes, representan una alternativa más práctica y viable frente a los sistemas monofásicos, en los cuales la respuestamultiferroica se encuentra típicamente impedida debido a restricciones físicas de carácter intrínseco. Actualmente algunos de estos composites son obtenidos mediante diversas técnicas de deposición tales como PLD, CVD, MBE o similares, las cuales permiten un alto grado de control a nivel cristalográfico. No obstante, a pesar de su efectividad, todas estas técnicas también engloban un alto consumo de energía en términos de temperatura y/o vacío. En este contexto, el presente trabajo de investigación propone un método de deposición química en disolución para obtener láminas delgadas del sistema multiferroico compuesto BiFeO3-Bi4Ti3O12. En concreto se plantea la utilización de una metodología disolución-gel en medio acuoso seguida de deposición por spin coating, metodología con la que además se evita el empleo de los disolventes orgánicos típicamente utilizados en un método sol-gel convencional y que por tanto acentúa el carácter sostenible del proceso. Para ello se han llevado a cabo diferentes experimentos con los cuales se pone de manifiesto cómo llevando a cabo un control sistemático de las distintas variables del proceso, es posible obtener composites en forma de lámina delgada con una prometedora configuración 3-3 a temperaturas no superiores a 600 ◦C.