Xiaodong Zhang. Directors de tesi: Prof. José Luis García Muñoz (ICMAB-CSIC), Dr. Javier Herrero Martín (ALBA)

Quan

Informació de contacte

Nom de contacte

Javier Herrero Martín

Correu electrònic

jherrero@cells.es

Pàgina web

https://us02web.zoom.us/webinar/register/WN_I7Yh-rqCQLag-VdgSHoj5g

Abstract

Els materials multiferroics magnetoelèctrics -en què l'ordre magnètic indueix ferroelectricitat- estan atraient molt d’interès gràcies a la perspectiva de poder controlar l'estat magnètic a través de l'aplicació de camps elèctrics i viceversa. Els multiferroics magnetoelèctrics (induïts per l'espín) de tipus espiral (cicloïdal) constitueixen una plataforma ideal per a la recerca de sistemes que presentin un potent acoblament magnetoelèctric ja que els ordres d'espín i ferroelèctrics es troben acoblats “per construcció”. La majoria dels multiferroics magnetoelèctrics quirals (espirals) investigats en els darrers anys són imants geomètricament frustrats, en què la presència de xarxes d'espín frustrades produeix temperatures de transició d'ordre espiral, TS, força baixes (típicament per sota de 50 K). Això limita en gran manera el seu ús potencial en dispositius espintrònics o de tipus magnetoelèctric de baix consum. Excepcionalment, s'ha vist que la perovskita laminar YBaCuFeO5 mostra un ordre magnètic cicloïdal a temperatures inusualment altes. Aquesta interessant excepció fa que es consideri com un dels compostos multiferroics induïts per espí més prometedors per a la seva explotació a alta (operacional) temperatura.

A la tesi doctoral que aquí es presenta s'han explorat i investigat diferents estratègies per ajustar i optimitzar les propietats magnètiques quirals d'alta temperatura a la família de perovskites laminars YBaBB'O5, la qual és estructuralment simple en aparença però notablement complexa quant a la decisiva presència de desordre catiònic. Aquesta estratègia es basa a modificar l'estructura i alguns elements físics (com l'acoblament magnètic i d'espín-òrbita, els moments magnètics o l'anisotropia magnètica de ió aïllat) a través de substitucions catiòniques als llocs dels metalls divalent B (Cu) i trivalent B' (Fe). Es van preparar un gran nombre de compostos de les famílies YBa(Cu,B)FeO5 (B: Co, Mg) i YBaCu(Fe,B')O5 (B': Cr, Mn) en forma de pols policristal·lí o cristalls de gran mida, les quals van ser investigades en profunditat mitjançant la combinació de diferents tècniques, com ara magnetometria, espectroscopies de raigs X i difracció de raigs X i de neutrons.
En resum, (i) hem demostrat que hi ha un mètode alternatiu per incrementar el desordre Fe/Cu (que controla el nivell de frustració i TS) no basat en la velocitat de refredament de les mostres; (ii) hem presentat els diagrames de fase T-x per a les diferents substitucions a B i B'; (iii) hem aconseguit un gran increment en l'estabilitat de la fase d’ordre espiral (i.e de TS) mitjançant el dopatge amb Co i Mg, preservant la relació lineal TS-qS per a la modulació espiral; (iv) hem obtingut un punt triple amb temperatura de transició de la fase espiral màxima de TS360 K, molt per sobre de temperatura ambient, descrivint com augmentar l'estabilitat de l'espiral actuant sobre la distorsió Jahn-Teller del Cu2+; (v) hem estudiat detalladament la competició de fases magnètiques (separació de fases) i l'anisotropia magnètica en funció de la temperatura i el dopatge en aquestes famílies de compostos. L'orientació de l'espiral podria determinar críticament el comportament ferroelèctric i el magnetoelèctric en aquests sistemes. En aquest sentit, hem demostrat com induir una reorientació del pla de rotació dels espins a la fase espiral mitjançant dopatge químic, substituint un ordre més helicoïdal (k//Q) per un altre més cicloïdal (k⊥Q), tot provant que per alguns dopatges l'espiral més cicloïdal és alhora la més estable tèrmicament.