Análisis ab-initio de propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas de ferrita de zinc: Estabilidad superficial y su influencia en la generación de defectos estructurales

K.L. SALCEDO RODRÍGUEZ; C.E. RODRÍGUEZ TORRES; A.V. GIL REBAZA; R. FACCIO; L. ERRICO

La Plata

Congreso; NANO 2018; 2018

La ferrita de zinc (ZnFe2O4, ZFO), es considerada como un antiferromagneto con una temperatura de Nèel (TN) de aproximadamente 10.5 K y paramagnética a temperatura ambiente. En su estado prístino, presenta una estructura tipo espinela donde los iones Fe3+ ocupan sitios octaédricos (B) y los Zn2+, tetraédricos (A). Sin embargo, se observa que en escala nanométrica (nanopartículas y películas delgadas), es común que exhiban inversión catiónica (Zn en sitios B y Fe en sitios A) lo que produce que el sistema presente ferrimagnetismo a temperatura ambiente [1,2]. El hecho que la inversión catiónica sea más frecuente en nanoestructuras nos lleva a pensar que es posible que la formación de estos defectos esté fuertemente ligada con efectos de superficie. El objetivo de este trabajo es estudiar mediante simulaciones usando métodos ab-initio aspectos estructurales y electrónicos de la superficie de la ZFO (terminación de equilibrio, modificación de distancias interatómicas, etc) y cómo se ven afectadas las propiedades magnéticas por rupturas de simetría, cambios de coordinación y posición de defectos estructurales presentes en la superficie. Se realizaron cálculos de Primeros Principios (ab-initio) basados en la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) y del método Full-Potential Linearized Plane-Wave (FP-LAPW) implementado en el código Wien2k [3]. El potencial de intercambio y correlación, EXC, fue descrito por medio de la Aproximación del Gradiente Generalizado propuesta por Perdew-Burke-Ernzerhof (GGA-PBE) [4], además se ha considerado la Aproximación  GGA+U, (U= 5 eV [5]). Las posiciones atómicas de las estructuras propuestas  fueron optimizadas usando el método de pseudopotenciales y ondas planas, implementado en el Quantum-Espresso [6]. Dichas posiciones optimizadas fueron usadas posteriormente en Wien2k para el análisis de las propiedades magnéticas, electrónicas y los parametros hiperfinos. Se analizaron dos modelos estructurales para la superficie (001) ZFO, considerando una configuración ferromagnética y otra antiferromagnética. Los resultados indican que la superficie (001) terminada en Zn es la más estable y que la energía necesaria para generar inversión catiónica disminuye en la sub-superficie sin que la distancia entre los átomos participantes  sea un factor de preferencia. Lo anterior está de acuerdo con lo observado en los resultados mencionados en nano-sistemas.