IFLP   13074
INSTITUTO DE FISICA LA PLATA
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
Orden magnético en la ferrita de Zn. Una respuesta a partir de métodos de primeros principios, un modelo de espines clásico y simulaciones Montecarlo
Autor/es:
ERRICO L.; MATERA M.; GÓMEZ ALBARRACÍN F.; MELO QUINTERO J. J.; RODRÍGUEZ TORRES C. E.; ROSALES D.
Lugar:
La Plata
Reunión:
Conferencia; 102 Reunión de la Asociación Física Argentina; 2017
Institución organizadora:
Asociación Física Argentina
Resumen:
Las espinelas comprenden un grupo muy importante de compuestos con una amplia variedad de propiedades. Las espinelas cristalizan en una estructura cubica centrada en las caras con empaquetamiento compacto y se caracterizan por su arreglo atómico de dos sitios para los cationes: sitios A (coordinación tetraedral de oxígeno) y sitios B (coordinación octaédrica de oxígeno). Se pueden distinguir dos tipos básicos de espinelas, las normales y las invertidas. En el primer caso, los iones M ocupan el sitio A y los X el sitio B. Las espinelas invertidas se describen por la formula XMXO4. En este caso los iones M y X ocupan los sitios B en igual proporción. Existen también casos de inversión parcial. Dentro del conjunto de espinelas, las ferritas (MFe2O4) son una de las familias de materiales magnéticos más ampliamente estudiados debido al interés tanto básico como aplicado que despiertan. En particular, la ferrita de Zn (ZnFe2O4, ZFO) es semiconductora con un gap del orden de 2 eV y es un material paramagnético que presenta acoplamiento antiferromagnético para temperaturas menores a 10.5 K [9]. Estrictamente, la ZFO normal es un sistema frustrado y el orden magnético no se logra aún a temperaturas tan bajas como 1.5 K. El acoplamiento magnético en estos sistemas es de superintercambio entre los cationes metálicos vía los átomos de oxígeno de la estructura dando como resultado acoplamientos A-O-A, B-O-B y A-O-B (A y B representan los sitios estructurales). En el caso particular de ZFO volumétrica y normal se presentan sólo interacciones B-O-B ya que los átomos de Zn no presentan polarización de espín. Este acoplamiento entre Fe es muy débil, como lo refleja la baja temperatura de orden. Resultados experimentales muestran que las propiedades magnéticas de las ferritas y de ZFO en particular dependen de la distribución de cationes en la red. Dependiendo del método de preparación y cuando el tamaño de partícula es reducido a la nanoescala, se ha encontrado que se favorece la inversión catiónica, dando lugar a interacciones A-O-B, las cuales son mucho más fuertes que las B-O-B, favoreciendo así la interacción magnética. A fin de estudiar en profundidad el orden magnético de ZFO y como depende el mismo de defectos como inversión catiónica, presentamos un estudio basado en cálculos de primeros principios y simulaciones Monte Carlo Metropolis cuyo objetivo fue obtener la configuración magnética de equilibrio de la ferrita de Zn. Mediante los cálculos basados en primeros principios se determinaron las constantes de intercambio en el marco de un sistema de espines clásicos (Heisenberg) hasta quintos vecinos. A partir de las constantes de intercambio obtenidas, se realizaron simulaciones de Monte Carlo y se obtuvieron las curvas de susceptibilidad, las cuales son comparadas con resultados experimentales reportados en la literatura. Presentamos las características de los órdenes a baja temperatura obtenidos con los diferentes acoplamientos propuestos y una metodología para obtener los valores de las constantes de acoplamiento. Nuestros resultados se comparan con modelos de moléculas de espín para el estado fundamental de ZFO a bajas temperaturas propuestos en la literatura.
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