Interacciones magnéticas en ZnFe2O4 prístina y con defectos. Una aproximación mediante modelos de primeros principios.

C. E. RODRÍGUEZ TORRES; J. J. MELO QUINTERO; L. A. ERRICO; K. L. SALCEDO RODRÍGUEZ

Córdoba (reunión virtual)

Conferencia; 105 Reunión Anual de la Asociación Física Argentina (105 RAFA); 2020

Asociacion Fisica Argentina, UNC

La ferrita de zinc (ZnFe2O4, ZFO) se destaca debido a sus interesantes y poco entendidas propiedades electrónicas y magnéticas. Esta se caracteriza por ser un semiconductor paramagnético a temperatura ambiente, pero dependiendo de las condiciones de crecimiento y de los defectos estructurales inducidos, sus propiedades pueden cambiarse, de forma tal de alterar su resistividad, incrementar el momento magnético (µ) o favorecer el ferrimagnetismo. ZFO posee una estructura tipo espinela normal, por lo cual los 8 sitios tetraédricos A están ocupados por Zn2+ y los 16 sitios octaédricos B por Fe3+. La interacción entre Fe en la subred B se da por súper-intercambio vía O. Esta interacción es muy débil, dando lugar a una muy baja temperatura de orden en relación a otras ferritas. Además, los sitios B ocupados por los iones magnéticos forman una red tipo pirocloro, caracterizada por presentar frustración geométrica y estados fundamentales inusuales (vidrio de espín, hielo de espín). Experimentos de difracción de neutrones permiten interpretar a ZFO como un sistema frustrado con interacciones a 1ros vecinos antiferromagnéticas (AF). Sin embargo, la temperatura de Curie-Weiss (Tc) reportada no es negativa, tal como se espera para sistemas AF, si no positiva (~120 K). Esto está en contradicción con la hipótesis de interacción AF a 1ros vecinos en sistemas frustrados. En este trabajo presentamos modelos magnéticos para ZFO tanto prístina como con defectos (vacancias de O, inversión catiónica) en bajas concentraciones. Para este estudio se calcularon las energías de diferentes configuraciones magnéticas mediante cálculos ab-initio basados en la teoría de la funcional densidad (DFT) usando el método FP-LAPW. Las energías se mapearon luego a un modelo tipo Heisenberg mediante el cual calculamos constantes de intercambio hasta 5tos vecinos. Mostramos aquí que Tc positiva reportada para ZFO normal y prístina en realidad se origina en defectos. Mostramos como la presencia de vacancias de O e inversión catiónica, aún en muy baja concentración, pueden llegar a favorecer interacciones ferromagnéticas que dan lugar a un aumento en Tc.