Propiedades estructurales, electrónicas, magnéticas e hiperfinas del semiconductor Fe2O3:Ta en sus fases antiferromagnética y no magnética. Experimentos PAC y modelización ab initio/DFT.

A.J. SILVEIRA; G.N. DARRIBA; M. RENTERÍA

La Plata

Conferencia; 102° Reunión Nacional de Física de la Asociación Física Argentina; 2017

AFA

El -Fe2O3 (hematita) es la fase mas abundante de este óxido en la naturaleza y posee un ordenamiento antiferromagnético por debajo de la temperatura de Neel (TN = 948 K). Por encima de esta temperatura, el sistema se torna no magnético. Adicionalmente, por debajo de la temperatura de Morin (TM = 250 K), el momento magnético total es nulo y los espines se encuentran alineados a lo largo de la dirección [001] de la celda hcp (estructura corundum) del óxido. Por encima de TM los espines rotan 90° respecto de esta direccion preferencial, quedando adicionalmente levemente desalineados y generando un pequeño momento magnético (ferromagnetismo parásito). Experimentos de Correlaciones Angulares Perturbadas gamma-gamma Diferenciales en Tiempo (TDPAC) en sitios de impureza (181Hf -->)181Ta en muestras policristalinas [1], realizados en función de la temperatura, muestran que la interacción dipolar magnética es sensible a los cambios en las configuraciones magnéticas, mientras quela interacción cuadrupolar eléctrica es insensible a éstas, obteniéndose un gradiente de campo eléctrico (GCE) constante en módulo y asimetría. Sin embargo, el ángulo entre el campo hiperfino BHF y la componente mayor del tensor GCE, V33, varía por encima y por debajo de TM, pudiéndose solo obtener su orientación relativa entre ambas magnitudes y no la orientación de cada uno respecto de la estructura cristalina. En este trabajo presentamos resultados de experimentos TDPAC en monocristales de alpha-Fe2O3 implantados con 181Hf en el acelerador de iones del H-ISKP de la Universidad de Bonn. Las medidas se realizaron para distintas orientaciones del monocristal respecto del sistema de laboratorio a T= 973 K con el fin de obtener una caracterización limpia y precisa del GCE y determinar la orientación de V33 con respecto a la red cristalina. Estos resultados y los de la literatura [1-2] son contrastados con los provenientes de un estudio ab initio/DFT completo de propiedades estructurales, electrónicas, magnéticas e hiperfinas en alpha-Fe2O3 dopado con Ta en sitios sustitucionales de catión para las distintas configuraciones magnéticas del sistema y estados de carga de la impureza. De esta comparación pretendemos validar nuestras predicciones ab initio en la fase no magnética (por encima de TN) y obtener observables no determinados experimentalmente en las fases antiferromagnéticas (por debajo de TN) como ser la orientación de V33 y Bhf .[1] A.F. Pasquevich, A.C. Junqueira, A.W. Carbonari, and R.N. Saxena, Hyp. Interact. 158, 371 (2004).[2] C. G. Shull, W. A. Strauser, and E. O. Wollan Phys. Rev. 83, 333 (1951).