Ab-initio study of the structural, magnetic and hyperfine properties of the ferrite MgFe2O4

A. M MUDARRA NAVARRO; GIL REBAZA, ARLES V.; CHANDUVÍ, H.H. MEDINA; L. A. ERRICO

Lima

Encuentro; XIX MEETING OF PHYSICS 2020; 2020

Universidad Nacional de Ingeniería

Las ferritas (MFe2O4 )son una de las familias de materiales magnéticos más estudiados tanto desde elpunto de vista básico como aplicado. Las ferritas cristalizan en la estructuraespinela y poseen dos sitios para los cationes, A y B. Esta característica haceque sus propiedades magnéticas de estos óxidos dependan de la distribución de cationesen las subredes de sitios A y B. El acoplamiento magnético entre los cationes esde superintercambio vía mediación con los oxígenos, dando como resultado acoplamientosA-O-A (J AA ), B-O-B (J BB ) y A-O-B (J AB ), donde A y B representan los sitiosestructurales. En los casos en que M es un metal no magnético (Zn, Ti, etc.) ylos Fe ocupan sólo los sitios B (estructura normal) únicamente se presentandébiles interacciones B-O-B, lo que da lugar a bajas temperaturas de orden.Dado que los Fe forman una red tipo pirocloro con frustración geométrica más eldesorden de espín en la subred de sitios B el estado fundamental es altamentedegenerado, pudiendo presentarse ordenamientos magnéticos antiferromagnéticos,ferrimagnéticos o de tipo vidrio de espín a bajas temperaturas. A medida que elnúmero de iones Fe en sitios A se incrementa se producen cambios en lainteracción Fe-Fe y por ende en la respuesta magnética del sistema. En esteaspecto, recientemente hemos demostrado, vía cálculos de primeros principios,simulaciones Monte Carlo y experimentos que en el caso de una ferrita normalcomo ZnFe 2 O 4 la presencia de defectos (vacancias de oxígeno, inversión catiónica,reducción de las dimensiones) da lugar a una respuesta ferrimagnética del sistema.En el presente trabajo,reportamos los resultados del estudio de las propiedades estructurales,magnéticas e hiperfinas de la ferrita de Mg, MgFe2O 4 a partir de cálculos deprimeros principios basados en la Teoría de la Funcional Densidad (DFT) y el métodoFull Potential - Linearized Augmented PlaneWave (FP-LAPW). Esta ferrita se reportacomo invertida (sitios A ocupados por Fe y los B por Fe y Mn en igual proporción).Con el fin de encontrar el estado fundamental estructural y magnético exploramossistemas con diferentes grados de inversión catiónica, distribución de iones Mgy Fe en la subred de sitios A y B y diferentes configuraciones magnéticas.Estos estudios en el sistema volumétrico han sido la base para poder avanzarhacia el estudio de la superficie de la ferrita de Mg. Hemos consideradodiferentes terminaciones superficiales teniendo en cuenta en todos los casoslas reconstrucciones estructurales. Nuestros resultados muestran que lasuperficie más estable es invertida, expone Fe, Mn y O, presenta una muy fuertereconstrucción. Esta superficie es metálica y presenta un momento magnéticoneto, dando lugar a un sistema ferrimagnético. Nuestras predicciones para laspropiedades hiperfinas en sitios Fe se encuentran en muy buen acuerdo con losresultados experimentales reportados en la literatura, avalando nuestro modelopara la superficie de MnFe2O4 .