Físicos de la Universidad de Groningen y la Fundación FOM, dirigido por la profesora Beatriz Noheda, han descubierto un nuevo compuesto de manganeso que se produce por tensión en la estructura cristalina del óxido de terbio y manganeso. La técnica que utilizaron para crear este nuevo material podría abrir el camino a nuevos circuitos a nanoescala. Sus hallazgos fueron publicados el 20 de noviembre de 2014 en la revista Naturaleza .
Los investigadores hicieron crecer una capa muy delgada (no más de unas pocas docenas de átomos de espesor) del cristal de óxido de terbio y manganeso sobre una capa base más gruesa de óxido de estroncio y titanio. Esta capa base afecta el crecimiento de la capa delgada. Cuando las piezas de cristal en crecimiento se encuentran, se desarrolla una interfaz o 'muro de dominio', y la estructura cristalina se somete a tensión de tracción en esta pared.
Nanorreactor
Hasta hace unos años, Los científicos de materiales, al crear capas muy delgadas, intentaron evitar que se produjeran paredes de dominio debido a esta tensión de tracción. "Los muros de dominio fueron vistos como contaminación", dice Noheda. Entonces quedó claro que la tensión en la estructura cristalina realmente invirtió al material con nuevas propiedades, y, como ahora se ha hecho evidente, la pared del dominio puede convertirse en un reactor químico a nanoescala.
Paredes
Los investigadores de Groningen han adquirido mucha experiencia en el control de cuántos muros de dominio se desarrollan. La composición de la capa base afecta esto, por ejemplo, y cuanto más fina es la capa de cristal, cuanto mayor sea el número de muros que se produzcan.
"Además de controlar cuántos muros se desarrollan, Otro desafío considerable fue analizar exactamente lo que sucede en una pared, ya que generalmente solo tiene un átomo de espesor ", dice Noheda. Una forma de analizar el material en la pared es comparar muestras que comprenden diferentes números de paredes. Los investigadores vieron que cuantas más paredes había, cuanto más magnético era el material. "La observación directa de un campo magnético aún no es posible a escala atómica, particularmente no en un aislador ", dice Noheda.
Línea en zigzag
Se utilizó un análisis químico avanzado de resolución atómica para mostrar que la composición del cristal en las paredes había cambiado:en lugares específicos, un átomo de manganeso había reemplazado a un átomo de terbio más grande. El átomo de terbio forma una especie de línea en zigzag en la estructura cristalina. Dos zigzags opuestos se encuentran en la pared del dominio, provocando así que algunos de los átomos de terbio se acerquen mucho. "Esto crea una tensión significativa, el átomo de terbio desaparece del cristal, y un átomo de manganeso más pequeño ocupa su lugar ", explica Noheda. En contraste con el cristal normal, este manganeso adicional hace que la pared sea magnética.
Nueva química
El profesor Maxim Mostovoy modeló el magnetismo, y sus resultados coinciden con los resultados del experimento:"Se produce un enlace que aún no se ha descrito entre cinco átomos de manganeso. Por lo tanto, vemos nueva química en la pared del dominio". Esto hace que la pared del dominio sea una especie de reactor químico a nanoescala. "Y sospechamos que este tipo de vínculo nuevo se producirá en todos los cristales con esta estructura en zigzag".
Circuitos
Noheda espera en futuras investigaciones generar muros con el potencial de formar circuitos. Entonces podrían desarrollarse circuitos diminutos de solo unos pocos átomos de tamaño. "Pero también espero que los químicos se pongan a trabajar en estos nanoreactores".
Beatriz Noheda y Maxim Mostovoy trabajan en el Instituto Zernike de Materiales Avanzados, parte de la Facultad de Matemáticas y Ciencias Naturales de la Universidad de Groningen. La investigación fue financiada por NanoNextNL y por la Fundación FOM.
