FeRh: acoplamiento magnetismo-estructura para dispositivos avanzados

El compuesto intermetálico FeRh (hierro-rodio) posee una propiedad de un muy alto interés desde el punto de vista de la aplicación directa. Ligeramente por encima de la temperatura ambiente (30-100 ºC) este material metálico presenta una transición magnética (antiferromagnético-ferromagnético) acompañada de un cambio estructural (expansión del tamaño de celda unidad de ~1%). Dicha transición hace que el material transite entre un estado sin momento magnético total (antiferro) y un estado con momento magnético apreciable (ferro), de magnitud similar a, p.ej. el FePt o el Co. Esta propiedad hace del FeRh un compuesto muy atractivo como componente principal en futuros dispositivos avanzados como sensores de temperatura, magnéticos y magnetoresistivos (sensores electrónicos) así como en memorias magnéticas (con estados 0 y 1 bien perfilados).

            El atractivo de dicho material aumenta por el hecho de que, además, esta transición magnética (denominarla magnetoestructural sería más apropiado) puede ser sintonizada mediante manipulación a escala atómica y/o nanoscópica. Es sabido que la sustitución atómica del Fe o del Rh por otros átomos es capaz de proporcionar un desplazamiento controlable de la temperatura de transición. Recientemente, hemos desarrollado un modelo fenomenológico que puede ayudar a explicar y predecir la temperatura de transición magnética-estructural con la densidad electrónica modificada mediante sustitución atómica.

            Simultáneamente, dado que dicho material está llamado a desarrollar un papel protagonista en futuros dispositivos magnéticos y magnetoresistivos, hemos estudiado la influencia de la nanoestructuración en las propiedades magnéticas del FeRh. Los resultados nos hacen concluir que en sistemas bidimensionales de lámina delgada, se ha observado una mayor homogeneización de la forma y las dimensiones de las nanopartículas de FeRh en matriz de óxido (alúmina) con respecto al mismo proceso de fabricación en matriz metálica (cobre). Finalmente, se ha observado, a partir de la fabricación de nanoislas epitaxiales sobre sustratos monocristalinos de óxido de magnesio, que la nanoestructuración resulta en un gradiente de relajación de la red cristalina, con la subsiguiente formación de una fase relajada ferromagnética estable en la superficie de las nanoislas.

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Referencias

–          R. Barua, I. McDonald, F. Jimenez-Villacorta, D. Heiman and L.H. Lewis, “Multivariable tuning of the magnetostructural response of a Ni-modified FeRh compound”, J. Alloy. Compd. 689, 1044 (2016).

–          R. Barua, F. Jimenez-Villacorta and L. H. Lewis, “Towards tailoring the magnetocaloric response in FeRh-based ternary compounds” J. Appl. Phys. 115, 17A903 (2014).

–          B. Kaeswurm, F. Jiménez-Villacorta, S. P. Bennett, D. Heiman, and L. H. Lewis, “Nanostructured FeRh in metallic and insulating films”, J. Magn. Magn. Mater. 354, 284 (2014).

–          R. Barua, F. Jimenez-Villacorta and L.H. Lewis, “Predicting magnetostructural trends in FeRh-based ternary systems”, Appl. Phys. Lett. 103, 102407 (2013).

–          M. Loving, F. Jimenez-Villacorta, B. Kaeswurm, D. A. Arena, C. H. Marrows, and L. H. Lewis, “Structural evidence for stabilized ferromagnetism in epitaxial FeRh nanoislands” (Editor’s selection – Fast Track Communication), J. Phys. D: Appl. Phys. 46,162002 (2013).

–          R. Barua, F. Jimenez-Villacorta, J. E. Shield, D. Heiman and L.H. Lewis, “Nanophase stability in granular FeRh-Cu system”, J. Appl. Phys. 113, 17B523 (2013).

Félix Jiménez-Villacorta
Consorcio ESS-Bilbao
Northeastern University