Fig. 1 Concepto del estudio. El nanocable 3D Fe3O4 (100) de escala de 10 nm de longitud en nanotemplate de MgO 3D se produjo utilizando técnicas originales de nanofabricación. El nanocable ultrapequeño exhibió una transición de Verwey prominente con una menor concentración de defectos debido al efecto de nanoconfinamiento 3D. Crédito:Universidad de Osaka
Magnetita (Fe 3 O 4 ) es mejor conocido como mineral de hierro magnético, y es la fuente de la piedra imán. También tiene potencial como resistencia de alta temperatura en electrónica. En una nueva investigación dirigida por la Universidad de Osaka, publicado en Nano Letters, nanocables ultrafinos hechos de Fe 3 O 4 revelan información sobre una propiedad intrigante de este mineral.
Cuando se enfría a unos 120 K (-150 ° C), La magnetita cambia repentinamente de una estructura cristalina cúbica a una monoclínica. Al mismo tiempo, su conductividad cae bruscamente:ya no es un metal sino un aislante. La temperatura exacta de esta única "transición de Verwey, "que se puede utilizar para la conmutación de dispositivos electrónicos, depende de las propiedades de la muestra, como tamaño de grano y forma de partícula.
La magnetita se puede convertir en películas delgadas, pero por debajo de cierto espesor, alrededor de 100 nm, la transición de Verwey se debilita y necesita temperaturas más bajas. Por lo tanto, para la electrónica a nanoescala, preservando esta característica clave de Fe 3 O 4 es un gran desafío. El estudio de Osaka utilizó una técnica original para producir nanocables de magnetita de solo 10 nanómetros de longitud, que tenía un comportamiento exquisito de Verwey.
Como lo describió el coautor del estudio Rupali Rakshit, "Usamos pulsos de láser para depositar Fe 3 O 4 en una plantilla de MgO. Luego grabamos los depósitos en formas de alambre, y finalmente colocó electrodos de oro en cada lado para que pudiéramos medir la conductividad de los nanocables ".
Fig. 2 Estructura cristalina de magnetita. Crédito:Universidad de Osaka
Cuando los nanocables se enfriaron a alrededor de 110 K (-160 ° C), su resistencia aumentó drásticamente, en consonancia con el comportamiento típico de Verwey. Para comparacion, el equipo también produjo Fe 3 O 4 como una película delgada con una gran superficie en la escala milimétrica. Su transición de Verwey no solo fue más débil, pero requería temperaturas de hasta 100 K.
"Los nanocables estaban notablemente libres de defectos cristalinos, "dice la líder del estudio Azusa Hattori." En particular, a diferencia de la película fina, no fueron perseguidos por dominios antifase, donde el patrón atómico se invierte repentinamente. Los límites de estos dominios bloquean la conducción en la fase metálica. En la fase aislante, impiden que surja la resistividad, por lo que aplanan la transición de Verwey ".
Los nanocables eran tan prístinos que el equipo pudo estudiar directamente el origen de la transición de Verwey con una precisión sin precedentes. Se cree que las propiedades aislantes de la magnetita por debajo de 120 K provienen de estructuras repetitivas de "trimerones" en el cristal de baja temperatura. Los investigadores estimaron la escala de longitud característica de los trimerones, y coincidió estrechamente con el tamaño real según investigaciones anteriores.
Fig. 3 Propiedades de transporte para las muestras de nanocables (rojo) y película (negro). El nanoalambre mostró un cambio de resistencia aproximadamente seis veces mayor a través de la transición de Verwey. Crédito:Universidad de Osaka
"La transición de Verwey tiene una serie de usos potenciales en la conversión de energía, electrónica y espintrónica, "dice Hattori." Si podemos ajustar la transición controlando la cantidad de defectos, podemos prever la producción de muy baja potencia, aún dispositivos avanzados para apoyar la tecnología verde ".
El artículo, "El nanoconfinamiento tridimensional apoya la transición de Verwey en Fe 3 O 4 Nanoalambre a escala de 10 nm de longitud, "fue publicado en Nano letras .
