Estudio teórico de posibles órdenes de carga en la fase cúbica espinel inversa de magnetita

E. SCHULTE; H. F. BUSNENGO; P. ABUFAGER

Encuentro; Nano2022; 2022

La magnetita (Fe3 O4), el material magnético más antiguo conocido, continúacaptando la atención de investigaciones tanto teóricas como experimentales.Actualmente sus aplicaciones son variadas, y entre ellas se pueden destacar suutilización en dispositivos espintrónicos a escala nanométrica, en biomedicina paraliberación controlada de drogas vía nanopartículas, biosensores, catálisis, etc. Paracomprender y mejorar su performance en diferentes campos, como por ejemplo ennanomagnetismo y electroquímica, un estudio intensivo a nivel atómico de laestructura y propiedades del bulk de magnetita resulta necesario.A temperatura ambiente, la magnetita cristaliza en una estructura inversaespinel cúbica, con aniones de oxígeno en una disposición fcc levementedistorsionada, y átomos de hierro ocupando sitios intersticiales tetraédricos (A) yoctaédricos (B). Su fórmula química frecuentemente se escribe como[Fe3+]A[Fe3+,Fe2+]B O4, indicando que el sitio A es ocupado por iones trivalentes,mientras que el sitio B es ocupado por igual número de iones divalentes y trivalentes.Ambos sitios forman dos subredes magnéticas con acople antiferromagnético entreellas. Adicionalmente, dicho material se caracteriza por poseer una transición de faseconocida como Verwey [1] a una temperatura de ∼121K (T V) donde se produce unadistorsión estructural y el material se transforma en aislante para temperaturasmenores a TV. Se ha propuesto que el orden de carga en los sitios octaédricos, y enparticular la formación de unidades tipo trímeros Fe 3+-Fe2+-Fe3+ sobre diferentesdirecciones, son los responsables de la transición de fase [2]. La persistencia de estosórdenes de carga a temperaturas mayores a T V es poco clara [2]. Con el objetivo deaportar evidencia para comprender mejor lo que ocurre para temperaturas mayores ala TV , mediante cálculos basados en primeros principios, se ha estudiado la estructuraelectrónica de la magnetita en fase cúbica espinel inversa. El foco estuvo puesto en labúsqueda de diferentes órdenes de carga estables para dicha estructura. En estesentido, se han encontrado órdenes de carga distintos y en principio más estables alos reportados en bibliografía [3]. En dichas estructuras se ha detectado la presenciade trímeros similares a los propuestos en el orden de carga a baja temperatura.REFERENCIAS1 E. J. Verwey, Nature 144 (1939) 327-328.2 J. P. Attfield, Chemistry of Materials 34 (2022) 2877.3 H. Liu and C. Di Valentin, The Journal of Physical Chemistry C 121 (2017)25736-25742.