Multicapas de óxidos magnéticos con diversas aplicaciones a la espintrónica

Abstract

El avance tecnológico cada vez más acelerado y con mayores demandas, centra la atención en el desarrollo de nuevos materiales que cumplan con los requerimientos en las áreas de aplicación de interés. Es en este contexto, donde la ciencia de nuevos materiales se convierte en una herramienta de gran apoyo para el desarrollo de nueva tecnología, por medio de la investigación de nuevos compuestos y el análisis de sus propiedades según el método de síntesis. En la búsqueda de nuevos materiales funcionales, los óxidos de metales de transición han sido el foco en los últimos 30 años. Sus propiedades provienen de la interacción entre los iones metales de transición y los iones oxígeno y su sensibilidad a los ángulos de ligadura. Es así, que se pueden obtener materiales con muy diversas propiedades partiendo de una misma familia. Las perovskitas (MBO3) son los sistemas más populares. Compuestos con la misma estructura cristalina pueden resultar superconductores de alta temperatura, ferroelectricos, ferromagnetos semimetálicos, etc. La compatibilidad estructural entre materiales con distintas propiedades hace posible combinar capas de éstos para diseñar heteroestructuras epitaxiales multifuncionales. Además, la extrema sensibilidad de las propiedades físicas a las modificaciones estructurales hace que aparezcan comportamientos inesperados en películas contraídas o expandidas por la intercara entre dos capas adyacentes o por la carga acumulada en dichas regiones debida a la diferencia en la ionicidad de los componentes. Además de las perovskitas, los óxidos con estructura espinela (MB2O4) son también muy atractivos. Pueden ser semimetales ferrimagnéticos (como la magnetita, Fe3O4), aislantes ferrimagnéticos (la mayoría de las ferritas lo son), conductores transparentes (cómo ZnCo2O4), superconductores (LiTi2O4), fermiones pesados (LiV2O4) o multipleferroicos (CoCr2O4). La estructura espinela, es una estructura compleja con muchos grados de libertad (tipos y distribución de cationes, ángulos de enlace con los aniones, etc) que pueden variarse para obtener diferentes funcionalidades. Por esto, el estudio de películas delgadas de estos sistemas es tan intensivo y resta mucho por aprender sobre sus propiedades cuando forman arreglos de bajas dimensiones y su combinación en heteroestructuras. En esta línea, este trabajo de Tesis se enfocó en el estudio de películas delgadas de sistemas basados en ferritas (MFe2O4, M: Zn, Ti, Mg) con el objetivos de: - Estudiar la física relacionada a efectos de superficie e intercara en monocapas y multicapas de óxidos complejos por medio de diferentes técnicas de caracterización tanto estructurales como magneto-electrónicas. - Estudiar la relación entre los defectos inducidos en el crecimiento de los sistemas y las propiedades magnéticas de los mismos. - Obtener materiales semiconductores y ferromagnéticos a temperatura ambiente o ferromagnéticos y semimetálicos que puedan integrarse a dispositivos magnetoeléctricos tales como junturas tunel y filtros de espín, a partir de combinaciones de óxidos complejos sintetizados por diferentes mecanismos de síntesis como pulverización catódica DC, ablación láser. La estructura de este trabajo es la siguiente: En el Capítulo 1 se describen generalidades sobre los sistemas estudiados, los diferentes tipos de magnetismo presentes en las ferritas y la relación entre defectos y magnetismo. En el Capítulo 2, se presentan detalles sobre la fabricación de las muestras y técnicas de caracterización utilizadas. En el Capítulo 3, resultados obtenidos para películas de ferrita de zinc (ZnFe2O4, ZFO), en el 4 los correspondientes a polvos de ZFO, en el Capítulo 5 a la ferrita de magnesio (MgFe2O4, MgFO), en el 6, ferrita de titanio (TiFe2O4, TFO) y en el Capítulo 7 se presenta resultados en multicapas de ZFO y TFO. Finalmente, en el capítulo 8 se dan las conclusiones generales y perspectivas de trabajo futuro.