Por temperaturas cambios magnéticos a nivel atómico

Esta imagen muestra un monocristal a granel de óxido de iridio, Sr3Ir2O7, en el que los investigadores introdujeron lantano como un sustituto parcial del estroncio (Sr) para acercar el sistema a la transición antiferromagnética. El equipo de Boston College y UC Santa Barbara reveló una visualización a escala atómica de un cambio espacial de patrones magnéticos impulsado por la temperatura en un aislante Mott, informaron recientemente en Science Advances. Crédito: Boston College
Esta imagen muestra un monocristal a granel de óxido de iridio, Sr3Ir2O7, en el que los investigadores introdujeron lantano como un sustituto parcial del estroncio (Sr) para acercar el sistema a la transición antiferromagnética. El equipo de Boston College y UC Santa Barbara reveló una visualización a escala atómica de un cambio espacial de patrones magnéticos impulsado por la temperatura en un aislante Mott, informaron recientemente en Science Advances. Crédito: Boston College

Los experimentos dirigidos por un grupo de investigadores del Boston College permitieron la visualización a escala atómica de un cambio espacial de patrones magnéticos impulsado por la temperatura en un aislante Mott, informó el equipo en Science Advances .

Los materiales de vanguardia de hoy en día son a menudo “grumosos” en la nanoescala: sus propiedades electrónicas y magnéticas varían en escalas de longitud hasta unos pocos nanómetros, dijo la profesora asociada de física de Boston College, Ilija Zeljkovic.

Esta “falta de homogeneidad” puede ser especialmente pronunciada cerca de una transición de fase, donde el material cambia, o transiciones, a una fase diferente de la materia, dijo Zeljkovic, quien llevó a cabo el proyecto con el profesor de Física del Boston College Ziqiang Wang, y acompañado por quien recientemente recibió un doctorado He Zhao. y colaboradores de la Universidad de California, Santa Bárbara.

Una transición particularmente intrigante involucra un material no magnético que se vuelve magnético, agregó Zeljkovic. 

Esta transición se puede lograr enfriando el material a baja temperatura o ajustando su composición elemental. 

Aunque se ha logrado un progreso significativo en la comprensión de los materiales magnéticos en su conjunto, se sabe muy poco sobre la naturaleza a escala atómica de las transiciones magnéticas.

Los investigadores estudiaron un monocristal a granel de óxido de iridio, Sr3Ir2O7 , en el que introdujeron lantano como un sustituto parcial del estroncio (Sr) para acercar el sistema a la transición antiferromagnética, informó el equipo en un artículo, titulado “Imágenes de las fluctuaciones del dominio antiferromagnético y el efecto del desorden de escala atómica en un aislante Mott de órbita de espín dopado”.

El antiferromagnetismo es un tipo inusual de magnetismo en un material, dijo Zeljkovic, que ocurre cuando los giros de electrones en sitios atómicos vecinos se alinean exactamente en direcciones opuestas. 

El equipo informa que utilizó microscopía de túnel de barrido con polarización de espín (SP-STM) para mapear la fuerza local del orden antiferromagnético en escalas de longitud nanométrica.

Los investigadores descubrieron una reordenación dramática de los dominios magnéticos con ciclos térmicos.

“Por ejemplo, algunas regiones de la muestra que eran magnéticas se volverían no magnéticas, y viceversa, algunas áreas que solían ser no magnéticas se ordenarían magnéticamente después del ciclo térmico”, dijo Zeljkovic. “También encontramos que los dominios magnéticos ‘evitan’ localmente las sustituciones de lantano y tienden a formarse lejos de estas impurezas”.

El equipo empleó un método de análisis estadístico llamado teoría del análisis de conglomerados para analizar el tamaño y la distribución de los dominios, que puede ofrecer información sobre si los dominios están distribuidos de forma completamente aleatoria o no, dijo Zeljkovic.

“Encontramos que los dominios no se distribuyen al azar, lo que significa que las correlaciones electrónicas, o interacciones electrón-electrón, probablemente juegan un papel importante en la aparición de dominios”, dijo Zeljkovic.

El trabajo se basó en investigaciones anteriores, donde Zeljkovic y sus colegas visualizaron parches antiferromagnéticos, o dominios, en un aislante Mott dopado relacionado, Sr2IrO4 .

“Queríamos investigar qué establece el tamaño y la distribución espacial de estos dominios en Sr3Ir2O7 “, dijo Zeljkovic. “Además, nos dispusimos a explorar si los dominios cambiarán y cómo cambiarán si el material se calienta para volverse no magnético y se enfría de nuevo a su estado ordenado magnéticamente”.

Con base en los hallazgos más recientes, Zeljkovic dijo que los próximos pasos en la investigación buscarán expandir esta técnica a otros óxidos complejos, así como a materiales con diferentes tipos de estados magnéticos, como el ferromagnetismo.

Referencia: “Imaging antiferromagnetic domain fluctuations and the effect of atomic scale disorder in a doped spin-orbit Mott insulator”, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abi6468

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