Estudio del orden magnético de un monocristal de CaBaCo4O7

A. LARRALDE; E. POMJAKUSHINA; O. ZAHARKO; M. KENZELMANN; J CURIALE; G AURELIO; R.D. SÁNCHEZ

Bahia Blanca Buenos Aires

Conferencia; XIII Reunión Anual de la Asociación Argentina de Cristalografía; 2017

Asociación Argentina de Cristalografía

El óxido RBaCo4O7, con R=Ca (CBCO-114), es un compuesto magnetoeléctrico perteneciente a los óxidos ricos en Co que presenta propiedades eléctricas y magnéticas excepcionales, y un ingrediente relacionado con el multiferroismo: la frustración magnética. Las cobaltitas CBCO-114, cristalizan en el grupo espacial polar Pbn21 que permite polarización eléctrica a lo largo de la dirección c. La estructura cristalina de este compuesto, presenta 4 sitios cristalográficamente distintos para el Co por celda unidad, con los Co1 formando redes bidimensionales triangulares en el plano a-b mientras que los Co2, Co3 y Co4, forman redes bidimensionales de kagomé. No se han observado transiciones estructurales de este compuesto en el rango de temperaturas entre 4 y 293 K, y se cree además, que el óxido posee orden de carga. A pesar del arreglo de la red de cobaltos, proclive a la frustración magnética, el tamaño del ion Ca genera distorsiones ortorrómbicas suficientes para permitir el desarrollo de orden magnético de largo alcance, lo cual, sumado a la polarización eléctrica, convierte el compuesto en un promisorio multiferroico.A partir de estudios de difracción de neutrones de polvo (NPD), Caignaert et al. [1] propusieron una estructura una ferrimagnética que involucra un arreglo no colinear de espines bastante complejo. Por otro lado, se ha sugerido la presencia de interacciones antiferromagnéticas en competencia, que podrían manifestarse en correlaciones de corto alcance. Si bien esto no ha sido aún estudiado para el compuesto CBCO-114, sí ha sido observado por nuestro grupo en compuestos ligeramente sustituidos con Sr y otros compuestos relacionados. Motivados por estas observaciones, propusimos estudios de difracción de neutrones en monocristales, para determinar la presencia y naturaleza de este orden de corto alcance y su relación con la estructura magnética reportada para polvos [1]. En colaboración con el grupo de Física del Estado Sólido del Paul Scherrer Institut (PSI) en Suiza, se logró crecer un monocristal de CBCO-114 utilizando un horno de zona flotante. Los difractogramas de rayos X de polvo del cristal obtenido, se corresponden con la información cristalográfica esperada para ese compuesto [1]. Se investigó la estructura cristalina y magnética de este monocristal utilizando el instrumento ZEBRA (Single Crystal Neutron Diffraction Instrument) en PSI. Se realizaron mediciones en el estado magnéticamente ordenado a baja temperatura y en la zona paramagnética, confirmando el vector de propagación k = (0,0,0). Además, fue posible hallar la representación irreducible que mejor ajusta los datos experimentales, y se refinaron los momentos magnéticos mostrando que la estructura magnética presenta los espines en el plano (a,b), paralelos a las capas triangular y kagomé.Este complejo compuesto multiferroico, presenta coordinación de los Co puramente tetraédrica y, al igual que otros óxidos pertenecientes a la serie 114, presenta un vector de propagación magnética k = 0, que representa una condición de simetría para la aparición de magnetización espontánea y un efecto magnetoeléctrico lineal. Por este motivo, la familia de compuestos 114 tiene alto potencial para el diseño de materiales magnetoeléctricos.Palabras clave: Cobaltitas, difracción de neutrones, monocristal. [1] V. Caignaert et al., Physical Review B 81 (2010), 094417.