El patrón de disposición de los átomos en un cristal, llamado la celosía de cristal, puede tener un gran efecto en las propiedades de los materiales sólidos. Controlar y aprovechar estas propiedades es un desafío que promete recompensas en aplicaciones como sensores novedosos y nuevos dispositivos de estado sólido. Una colaboración de investigación internacional, incluidos investigadores de la Universidad de Osaka, ha informado de la inducción de un tipo interesante de orden magnético, llamado helimagnetismo, en un material de óxido de cobalto al expandir su estructura reticular. Sus hallazgos se publicaron en Physical Review Materials.

El comportamiento magnético resulta del orden de los momentos magnéticos de los muchos átomos individuales de un material. En helimagnetismo, en lugar de alinear los momentos magnéticos, como en los imanes permanentes, produciendo ferromagnetismo:los momentos se organizan en un patrón helicoidal. Este comportamiento generalmente solo se observa en estructuras de celosía complicadas donde diferentes tipos de interacciones magnéticas compiten entre sí. por lo tanto, el informe de helimagnetismo inducido en una estructura cúbica simple de óxido de cobalto, es muy significativo.

"Hemos mostrado un orden de giro helicoidal emergente en un material cúbico de tipo perovskita, que logramos simplemente expandiendo el tamaño de la celosía, ", dice el primer autor del estudio, Hideaki Sakai." Pudimos controlar el tamaño de la expansión de la red mediante el uso de una técnica de alta presión para hacer crecer una serie de monocristales con composiciones químicas particulares. Cambiar la cantidad de iones diferentes en nuestros materiales nos proporcionó suficiente control para investigar las propiedades magnéticas ".

Reemplazar sistemáticamente los iones de estroncio en la estructura con iones de bario más grandes hizo que la red se expandiera continuamente hasta que se interrumpiera el orden magnético ferromagnético regular presente a temperatura ambiente. resultando en helimagnetismo. Estos hallazgos experimentales fueron respaldados con éxito por cálculos.

"El hecho de que pudiéramos reproducir en gran medida nuestros hallazgos mediante los cálculos de los primeros principios verifica que las interacciones magnéticas en los materiales son altamente sensibles a la constante de celosía, "Dice Sakai." Cuanto más entendamos sobre el comportamiento magnético de los materiales cristalinos, cuanto más nos acerquemos a traducir sus propiedades en funciones útiles. Esperamos que nuestros hallazgos allanen el camino para nuevas aplicaciones de sensores ".

El control del orden magnético simplemente cambiando la química de la red, como lo demuestra esta investigación, proporciona una base para investigar las propiedades de muchos otros materiales cristalinos.