TEMAS DE LICENCIATURA / DOCTORADO / POSDOCTORADO

Interfaces entre óxidos: Acoplamiento magnetoeléctrico

Directoras: M. Andrea Barral y Solange Di Napoli

Motivación

Estudio de materiales multiferroicos. Estos materiales estan caracterizados por la presencia de mas de un orden ferroico, por ejemplo, ferromagnetismo y ferroelectricidad. Ya existen en la naturaleza materiales que presentan 2 o mas ordenes ferroicos, pero en general el acoplamiento entre ellos es pequeño, y por eso en los ultimos años se comenzo a pensar en crecer heteroestructuras que estuvieran formadas por dos tipos de materiales: uno magnetico (MM) y el otro ferroelectrico (FE). Con esto se busca poder controlar el magnetismo del material magnetico, a traves de campos electricos aplicados (controlando la polarizacion del FE) y eso evitaria tener que usar campos magneticos que involucran grandes consumos de energia. El acoplamiento magnetoeléctrico entre el material FE y el MM vendria a traves de la interfaz de la heteroestructura, ya sea a traves de las tensiones que puede producir el crecimiento epitaxial, como a traves de la transferencia de carga en la interfaz. Para estas heteroestructuras utilizamos óxidos que crecen en estructura de perovskita, y en los cuales los grados de libertad orbitales, de espin y de carga estan fuertemente correlacionados. En estas estructuras, hay un metal de transicion que esta rodeado de un octahedro de oxigenos y pequeñas distorsiones de estos octahedros producen grandes cambios tanto en el magnetismo como en las propiedades electronicas.

Antecedentes dentro de nuestro grupo

Los antecedentes que tenemos dentro de nuestro grupo en este tipo de sistemas en los que trabajamos con una contraparte experimental son, primero, que encontramos una transicion tanto magnética como eléctrica en el oxido CaMnO₃ (CMO) cuando está sujeto a una tensión de tipo ténsil producida por el crecimiento epitaxial sobre un sustrato de SrTiO₃ (STO). En bulk el CMO presenta un tipo de antiferromagnetismo (GAF) y es aislante. Bajo tension y confinamiento en un film delgado pasa a tener otro tipo de antiferromagnetismo (AAF) y además se vuelve metálico. El magnetismo se debe a los orbitales d del Mn y con la tensión se produce un reordenamiento de las energías de estos orbitales a los que les cambia la ocupacion debido al confinamiento.

Phys.Rev.B 102.085432 (2020)

AIP Advances 11, 025319 (2021)

Este resultado disparó la siguiente pregunta: podremos controlar esta transición de fase magnética y eléctrica a través de un estímulo externo para poder armar un dispositivo? La respuesta es sí, si ponemos al CMO en contacto con un ferroélectrico como el BaTiO₃ (BTO), controlamos la transferencia de carga en la interfaz y controlamos la transición magnética. Cuando la polarización eléctrica del FE apunta hacia la interfaz, obtenemos estructura AAF y cuando apunta hacia el otro lado obtenemos estructura GAF. La polarización se puede revertir sólo aplicando un campo eléctrico.