Una mirada DFT a la magnetita (Fe3O4). La transición de Verwey, half-metallic o semiconductor, los resultados Mössbauer y en medio la simetría

H. H. MEDINA; A. GIL REBAZA; K. L. SALCEDO RODRÍGUEZ; A. MUDARRA; J. J. MELO QUINTERO; L. ERRICO; C. RODRIGUEZ TORRES

Bariloche

Conferencia; 107 Reunión Anual de la Asociación Física Argentina (107 RAFA); 2022

Asociación Física Argentina

Las ferritas (XFe2O4) son una familia de óxidos magnéticos que, debido a sus numerosas aplicaciones tecnológicas y diversas propiedades magnéticas han recibido amplia atención. Cristalizan en una estructura cúbica FCC(espinela, Fd-3m) y se caracterizan sus dos sitios cristalográficos para los cationes: sitios A (coordinación tetraédrica de oxígenos) y sitios B (coordinación octaédrica de oxígenos). Se pueden distinguir dos tipos de ferritas,normales e invertidas. En el primer caso, iones X2+ ocupan los sitios A mientras que iones Fe3+ ocupan los sitios B. En las ferritas invertidas, los sitios A están poblados por iones Fe3+ y los sitios B son ocupados por Fe 3+ y X2+ enla misma proporción, existiendo también casos intermedios (inversión parcial). La ferrita de Fe, la magnetita (Fe3O4) es un material magnético con muchas aplicaciones tecnológicas y ha sido ampliamente estudiada durante el último medio siglo. Sin embargo, la cuestión del orden de carga por debajo de la llamada temperatura de transición de Verwey (TV ~120 K) no ha sido aun completamente comprendida. Por encima de TV la magnetita presentaun comportamiento tipo semimetálico. Por debajo de TV, la conductividad del sistema disminuye abruptamente y se reporta un carácter semiconductor.Presentamos cálculos de primeros principios basados en la teoría de la funcional densidad (DFT) para determinar las propiedades electrónicas, magnéticas e hiperfinas de Fe3O4. Los cálculos se realizaron mediante el métodoFP-LAPW. El término de correlación he intercambio se consideró empleando el modelo GGA+U, el potencial de Becke-Johnson modificado por Tran y Blaha (TB-mBJ). Mostraremos aquí que incluso en la estructura cúbica, la reducción de la simetría genera la transición semimetal-semiconductor y que la subred B se divida en dos grupos cristalográficamente equivalentes caracterizados por estados de oxidación del Fe de 2+ y 3+, momentos magnéticos ligeramente diferentes y diferentes parámetros hiperfinos. Estos resultados están en excelente acuerdo con los obtenidos mediante espectroscopía Mössbauer y confirman resultados reportados en la literatura(PRB 96, 195124, 2017), pero ahora en el marco de cálculos extremadamente bien convergidos y considerando potenciales de correlación e intercambio muy precisos