Gas bidimensional ferromagnético entre dos óxidos

Contamos con un amplio catálogo de óxidos que presentan propiedades útiles para la fabricación de dispositivos (magnetismo, superconductividad…). Una forma de explotar estas funcionalidades consiste en construir multicapas con distintos tipos de óxidos. En muchas ocasiones aparecen nuevas fases (por ej. un orden magnético distinto) en unas pocas capas atómicas alrededor de la intercara entre dos óxidos.  Este fenómeno se denomina en general “reconstrucción electrónica” y ha dado lugar a un nuevo campo de investigación que ha crecido enormemente en la última década.

 Investigadores de la Universidad Complutense de Madrid y del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid han estudiado las propiedades eléctricas de una de estas heteroestructuras compuesta de un óxido ferromagnético y metálico (manganita) y otro no magnético y aislante (SrTiO3). Se han realizado medidas de transporte en función de la rotación de un campo magnético aplicado. La resistencia del dispositivo presenta máximos cuando el campo magnético es perpendicular al plano de la intercara, de acuerdo con medidas similares en otros sistemas. Además, inesperadamente, aparecen máximos en la resistencia cuando el campo magnético se aplica paralelamente a la intercara entre los dos óxidos.

 La caracterización experimental de las muestras junto con cálculos teóricos de la conductancia y de la estrucutura electrónica nos revelan que los picos que aparecen en la resistividad cuando el campo magnético se aplica a lo largo del plano que separa los dos óxidos se deben a una reconstrucción del orden magnético que ocurre en la última capa atómica de la manganita. Es decir, se forma un gas bidimensional ferromagnético. Por tanto, una medida macroscópica (la resistencia) nos revela qué está ocurriendo en una zona enterrada (y por ello, difícilmente accesible) de la heteroestructura.

Medidas de transporte en una heteroestructura de óxidos (manganita/aislante) en función de la orientación del campo magnético. Los picos que aparecen en la magnetoresistencia cuando el campo magnético se aplica paralelamente al plano de la intercara entre dos óxidos nos revelan la formación de un gas bidimensional ferromagnético en la manganita. Norbert Nemes, GFMC (UCM).

Medidas de transporte en una heteroestructura de óxidos (manganita/aislante) en función de la orientación del campo magnético. Los picos que aparecen en la magnetoresistencia cuando el campo magnético se aplica paralelamente al plano de la intercara entre dos óxidos nos revelan la formación de un gas bidimensional ferromagnético en la manganita. Norbert Nemes, GFMC (UCM).

Signatures of a two-dimensional ferromagnetic electron gas at the La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3 interface arising from orbital reconstruction.  Norbert Nemes, María José Calderón, Juan Ignacio Beltrán, Flavio Yair Bruno, Javier García-Barriocanal, Zouhair Sefrioui, Carlos León, Mar García-Hernández, Carmen Muñoz, Luis Brey, and Jacobo Santamaría. Advanced Materials (2014).

Physics of Complex Materials Group (GFMC-UCM)
Theory of Quantum Effects and Correlations in Novel Materials and Nanostructures (ICMM-CSIC).
Theory of Surfaces, Interfaces and Nanostructures Group (ICMM-CSIC)