Magnetoelectric Heterostructures with Reduced Substrate Clamping Effect

Degut a la seva capacitat per generar camps elèctrics mitjançant l’aplicació de camps magnètics externs, els materials magnetoelèctrics (ME) han generat un considerable interès per a moltes aplicacions. En particular, juguen un paper fonamental en el camp de la biomedicina permetent l’administració precisa de medicaments controlada remotament, la detecció o l’electroestimulació cel·lular/neuronal sense fils mitjançant l’aplicació d’un camp magnètic extern. L’incrementat interès en els compostos magnetoelèctrics ha posat de manifest problemes que no havien estat tractats de manera efectiva anteriorment, concretament, l’efecte de fixació del substrat (‘clamping effect’) que pot reduir l’eficàcia dels sistemes compostos. En particular, la incorporació de substrats flexibles o la nanoestructuració poden potencialment minimitzar aquest efecte. Basant-nos en això, el treball presentat en aquesta tesi doctoral es centra en el desenvolupament de nous sistemes compostos magnetoelèctrics que incorporaren dos mètodes diferents per abordar el problema de la fixació del substrat, per a aplicacions biomèdiques. En primer lloc, es va desenvolupar una pel·lícula composta altament flexible amb una heteroestructura magnetoelectrica Au/Ti/FeGa/ZnO integrada en una capa d’elastòmer de polidimetilsiloxà (PDMS). La fabricació va combinar tècniques de deposició física en buit i síntesi hidrotermal. La capa de ZnO piezoelèctric crescuda hidrotermalment va presentar un coeficient piezoelèctric de d33 = 11.2 ± 0.3 pm V-1. La pel·lícula composta també va mostrar magnetització in-plane amb coercitivitat Hc = 200 Oe. La resposta magnetoelèctrica amb un camp magnètic altern es va avaluar mitjançant la degradació de blau de metilè, obtenint els majors camps elèctrics sota un camp magnètic de 200 Oe i freqüència de 100 Hz. Es va demostrar la biocompatibilitat de la heteroestructura, i els estudis de proliferació cel·lular van mostrar un augment del 42% en la proliferació després de 7 dies d’estimulació magnetoelèctrica diària d’1 hora. La pel·lícula composta altament flexible podria ser adequada per a aplicacions en biomedicina. A més, es van fabricar microdiscos suspesos d’Au/FeGa/BaTiO3 mitjançant deposició física en fase vapor, litografia col·loïdal i gravat per ions reactius. Comparats amb els microdiscos no suspesos i les pel·lícules contínues de la mateixa composició, els microdiscos suspesos van mostrar una millora significativa en el rendiment magnetoelèctric a causa de la reducc