Hình 1. 14 Sự phân bố moment từ của ion Fe3+ trong ô cơ sở lục giác của vật liệu BFO với cấu trúc từ xoắn ốc dọc theo hướng [110] trong BFO [29].
BFO thể hiện tính phản sắt từ loại G với nhiệt độ Néel 𝑇𝑁 xấp xỉ 643 K. Trong cấu trúc phản sắt từ loại G, mỗi ion Fe3+ với spin hướng lên (spin up) có 6 ion Fe3+ lân cận với spin hướng xuống (spin down). Các moment từ của ion Fe liên kết sắt từ với nhau bên trong các mặt (111) và liên kết phản sắt từ giữa các mặt (111) liên tiếp nhau như hình 1.14. Vì các ion gần nhất của ion Fe3+ không phải là các ion Fe3+ mà là các ion O2- (hình 1.15), tương tác spin-spin trong sự sắp xếp phản song song của các spin của ion Fe3+ không phải là tương tác trực tiếp mà là tương tác siêu trao đổi (superexchange). Trong đó, các ion Fe3+ ở hai phía đối diện của ion O2- tương tác với nhau thông qua obital p của O. Hơn nữa,
spin của các ion Fe3+ tạo ra một trật tự phản sắt từ xoắn ốc loại G. Cấu trúc xoắn ốc này làm cho việc xác định độ từ hóa trong vật liệu BFO khối đơn tinh thể gặp khó khăn. Tuy nhiên, gần đây người ta đã phát hiện ra rằng pha sắt điện có thể xuất hiện ở nhiệt độ phòng trong vật liệu BFO có kích thước nano hoặc pha tạp các ion đất hiếm hoặc kim loại chuyển tiếp. Đối với vật liệu BFO có kích thước nano, hiệu ứng bề mặt làm giảm định hướng phản sắt từ giữa các mặt (111) lân cận trong cấu trúc xoắn ốc và do đó tạo ra moment từ khác không. Đối với trường hợp pha tạp, sự khác nhau trong kích thước của ion pha tạp (thay thế) và ion mạng nền tạo ra những biến dạng trong cấu trúc mạng tinh thể. Những biến dạng này có tác dụng làm giảm cấu trúc xoắn ốc của spin và do đó tạo ra pha sắt từ trong vật liệu BFO [30]. Hơn nữa, rất nhiều kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng sự pha tạp còn có tác dụng làm giảm sự xuất hiện của các pha phụ trong vật liệu BFO được chế tạo bằng phương pháp nung thêu kết ở nhiệt độ cao (phương pháp gốm) [31].
Hình 1. 15 Liên kết Fe-O-Fe trong BFO [30].