Control de las propiedades eléctricas y magnéticas en nanoestructuras de manganitas de valencia mixta

Abstract

Los óxidos de metales de transición exhiben una rica variedad de fenómenos físicos que incluyen la superconductividad de alta temperatura, magnetorresistencia colosal (CMR), efectos espintrónicos y multiferroicidad. En los últimos años, esta exótica fenomenología ha estado acompañada por el avance en el crecimiento de láminas delgadas epitaxiales de alta calidad de estos materiales, conduciendo al diseño de nuevas funcionalidades y al descubrimiento de fenómenos emergentes en las interfaces. Además, tras la reducción de la dimensionalidad, se esperan que efectos de confinamiento den lugar a nuevas propiedades en la nanoescala. Los resultados más importantes de esta tesis son:

1) Hemos combinado la litografía óptica con la litografía por hace de iones para producir nanohilos monocristalinos de La2/3Ca1/3MnO3 (LCMO) y La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO) con una alta relación longitud-ancho superior a 300 y 700, respectivamente, que preservan, o incluso mejoran las propiedades del sistema en comparación con el material masivo y en la lámina delgada. Cabe destacar que en el nanohilo más estrecho de LCMO (w = 150 nm), hemos reportado un valor de magnetorresistencia de 34% a un campo magnético aplicado de 0.1 T. Hemos asociamos dicho comportamiento al relajamiento de la estructura cristalina del LCMO en los bordes del nanohilo junto con la desestabilización de las regiones aislantes. Tanto el método de fabricación de nanohilos como la obtención de altos valores de magnetorresistencia a bajos campos magnéticos aplicados abrirían nuevas rutas para implementar dichas estructuras en dispositivos funcionales para espintrónica.

2) En el caso de láminas delgadas de LCMO y heteroestructuras tipo unión túnel (LSMO/SrTiO3/LCMO), experimentos de holografía electrónica mostraron que el estrés epitaxial inducido por el sustrato promueve la segregación de una capa uniforme no ferromagnética en la parte superior de una capa ferromagnética (FM) en la manganita de LCMO. Análisis químicos microscópicos realizados mediante STEM-EELS demostraron que toda la capa de LCMO es química y estructuralmente homogénea descartando que dicha capa no ferromagnética tuviese un origen de naturaleza química. La observación de un efecto de ¿Exchange Bias¿ en medidas macroscópicas de la imanación revelaron que dicha capa no ferromagnética debería tener un carácter antiferromagnético (AFM). Para diferentes sustratos y condiciones de crecimiento la tetragonalidad de LCMO a temperatura ambiente, definida como ¿ = |c-a|/a, es la que conduce a la coexistencia de fases por encima de un valor critico ¿C ~ 0.024. Cálculos teóricos demuestran que el aumento de la tetragonalidad cambia el balance de energía de los estados fundamentales FM y AFM en láminas de LCMO tensionadas, lo que permite la formación de estados magnéticamente no homogéneos. Este trabajo proporciona evidencia clave que abre una nueva ruta para sintetizar bicapas FM/AFM inducidas por estrés en una única lámina delgada, que presentan el fenómeno de Exchange Bias lo cual podría servir en futuros dispositivos para espintrónica.