Un equipo de HZB ha llevado a cabo el primer estudio detallado de cómo el orden magnético y geométrico se influyen mutuamente en muestras cristalinas de espinela. Para lograr esto, el grupo sintetizó una serie de cristales mixtos con la fórmula química Ni1-xCuxCr2O4 en la cualel elemento níquel fue reemplazado sucesivamente por cobre. Descubrieron mediante experimentos de dispersión de neutrones en BER II no solo cómo cambia la estructura cristalina, sino que también descubrieron nuevas fases magnéticas. Los resultados se publicaron en Revisión física B .
Las espinelas consisten en planos de átomos de oxígeno densamente empaquetados y altamente simétricos algo así como una caja de canicas densamente empaquetadas donde se alojan diferentes elementos metálicos en los espacios entre ellos. Como resultado, se emplean muchos tipos diferentes de compuestos.en industrias extractivas y como materiales magnéticos y resistentes al calor. Los iones metálicos incrustados en el sistema de espinela Ni1-xCuxCr2O4 causan una distorsión de la estructura cristalina. Además, también muestran momentos magnéticos debido a la estructura geométrica que no puede orientarse ya quede lo contrario sería así. Como resultado, surge un nuevo orden espectacular dependiente de la temperatura. El equipo de HZB ahora ha analizado exhaustivamente el sistema de cromo-espinela y ha explicado el diagrama de fase complejo en un nivel fundamental por primera vez.
Preparando una serie de muestras
Para preparar muestras de alta pureza con proporciones exactas de níquel y cobre, Michael Tovar primero tuvo que mejorar considerablemente la técnica de preparación. La serie comienza con muestras de espinela de níquel-cromo puro x = 0; un polvo verde ycontinúa con proporciones crecientes de cobre. Esto hace que las muestras sean cada vez más oscuras. Con la proporción de cobre al 100%, al final el polvo es negro. Los polvos consisten en pequeños granos de cristal cuyos diámetros están entre 30 y 50 micras.Lo que pasa con esta serie de cristales mixtos es que los átomos de níquel o cobre se sientan en lo que se conoce como sitios tetragonales de la estructura cristalina. Debido a sus diferentes configuraciones de electrones, estos tetraedros se alargan a lo largo del eje c cristalográfico para el níquel, mientras que paracobre están comprimidos efecto Jahn-Teller. La distorsión de la estructura cristalina puede controlarse, lo que a su vez tiene un efecto en el orden magnético.
Diagrama de fase entre 2 y 900 Kelvin
Utilizando experimentos de dispersión de neutrones en el reactor de investigación BER II, Manfred Reehuis y Michael Tovar tuvieron éxito en determinar las propiedades estructurales y magnéticas para cada una de las muestras de cristales mixtos en un rango de temperatura bastante amplio, desde cerca del punto cero de la temperatura Kelvinescala por encima de 900 K. Los dos científicos descubrieron un nuevo orden magnético y por primera vez fueron capaces de crear un diagrama de fase completo del sistema. Esto muestra que la estructura cristalina es cúbica tres ángulos rectos, tres bordes iguales a altas temperaturas, dado que la energía cinética de los átomos aún suprime el efecto Jahn-Teller y no se puede establecer el orden magnético. A medida que la temperatura disminuye, el efecto Jahn-Teller se destaca y provoca una reducción de la simetría de los cristales inicialmente a tetragonal tres derechaángulos, dos bordes iguales y finalmente ortorrómbico tres ángulos rectos, tres bordes desiguales.
Nuevas fases magnéticas
Lo que es interesante es que las fases magnéticas solo ocurren en la estructura ortorrómbica, que se encuentra muy por debajo de la temperatura ambiente para el níquel-espinela puro y el cobre-espinela ". Por primera vez pudimos determinar exactamente las características magnéticasy de ese modo probar que existe una relación entre las condiciones para el ordenamiento magnético y las estructuras cristalinas. Esta fue una pregunta que los físicos han estado preocupados por más de 50 años ", explica Manfred Reehuis.
Península del estado ortorrómbico
Con una relación de mezcla de 85% de níquel y 15% de cobre, el sistema de espinela muestra una especie de península estrecha de estado ortorrómbico en el diagrama de fase donde se observa la relación [Anm. Des Übers .: "normal"?] De simetría de cristaly el magnetismo se rompe brevemente. Contrariamente a lo que se suponía hasta ahora, la causa de esto es la distorsión de los tetraedros de níquel y cobre a 90 ° entre sí en lugar de en la misma dirección. Esto no resulta en la cancelación mutua de las distorsionesa esta relación de mezcla, pero en cambio en una distorsión máxima de la estructura. "Los átomos no son solo esferas. Hacen locuras, especialmente cuando están en un sistema geométrico como un cristal, en lugar de estar aislados", dice Michael Tovar.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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