Nuevos compuestos con valores colosales del campo del fenómeno de desplazamiento de los ciclos de histéresis, procedimiento de obtención y sus usos.

Nuevos compuestos con valores colosales del campo del fenómeno de desplazamiento de los ciclos de histéresis,

procedimiento de obtención y sus usos.

La invención describe nuevos compuestos de fórmula general La1-xSrxFe1-yNiyO3, que presentan valores del campo de bias superiores a los encontrados en el estado de la técnica. La invención describe asimismo un procedimiento para su obtención basado en el método de auto-combustión, así como su empleo en espintrónica, por ejemplo en la obtención de válvulas de spin.

NUEVOS COMPUESTOS CON VALORES COLOSALES DEL CAMPO DEL FENÓMENO DE DESPLAZAMIENTO DE LOS CICLOS DE HISTÉRESIS, PROCEDIMIENTO DE

OBTENCIÓN Y SUS USOS

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una nueva familia de compuestos La^xSrxFe^yNiyOs, que se caracteriza por presentar, por debajo de una temperatura del orden de 20-40 K, valores colosales del campo del fenómeno de desplazamiento de los ciclos de histéresis (exchange bias (EB)). La invención se refiere asimismo a un procedimiento de obtención y al uso de estos compuestos.

Antecedentes de la invención

El fenómeno de desplazamiento de los ciclos de histéresis (exchange bias (EB)) fue descubierto en 1956 en un sistema de nanopartículas de Co metálico (ferromagnético, FM) embebidas en una matriz de óxido de cobalto (II), Coó (antiferromagnético, AFM) y se manifiesta como un desplazamiento a lo largo del eje del campo del ciclo de histéresis magnética de una fase ferromagnética en contacto con una fase antiferromagnética cuando ambas se enfrían por debajo de la temperatura de orden de la segunda con un campo magnético aplicado. A pesar de que su origen no está del todo establecido, su uso es de gran importancia en electrónica avanzada, fundamentalmente en la estabilización de la denominada capa de referencia en válvulas de spin de sistemas de almacenamiento/lectura de información magnética (MP3, discos duros) y circuitos de memoria de acceso rápido (RAM, random acccess memory) basados en el efecto túnel o la magneto-resistencia gigante (GMR). En ambos casos, la estabilidad de la imanación de la capa de referencia es crucial para asegurar la reproducibilidad y fiabilidad (reliability) de la información almacenada. Y esta estabilidad se consigue anclando (pinning) dicha imanación mediante la anisotropía unidireccional (a la cual el exchange bias es proporcional) inducida por una capa AFM adyacente a la de referencia. En el caso ideal, el desplazamiento del ciclo de imanación de la capa de referencia inducido por la capa AFM (o, lo que es lo mismo, la magnitud del campo de exchange bias, Heb) es lo suficientemente grande para que la imanación permanezca constante, en la misma dirección, incluso con un campo magnético externo, Hex < FU, aplicado en una dirección aleatoria. Así, gran parte de la investigación en el campo de exchange bias en los últimos años ha estado y está dirigida a la obtención de

materiales con magnitudes de Heb cada vez mayores.

Al mismo tiempo, y teniendo en cuenta que el EB es esencialmente un fenómeno de interfase que no necesita necesariamente del formato de heteroestructuras de capas FM- AFM adyacentes en el que están basados casi en su totalidad los dispositivos actuales, un creciente cuerpo de trabajo está enfocado en la obtención de sistemas - análogos a aquel en el que EB fue observado por vez primera - en los que el fenómeno ocurre en la interfase entre nanopartículas FM y una matriz AFM. La escala nano de los componentes constituye el gran atractivo de este tipo de sistemas por la altísima densidad de almacenamiento que gracias a ella, en principio, podría alcanzarse. Sin embargo, dicha miniaturización representa, al mismo tiempo, su gran limitación, debido al llamado limite superparamagnético. En términos sencillos, lo que esto implica es que existe un límite inferior del tamaño de una partícula FM por debajo del cual la anisotropía magnética es comparable a la energía térmica, con lo que las fluctuaciones térmicas son capaces de destruir el orden ferromagnético y el sistema pasa a comportarse superparamagnéticamente. Si bien esto puede ser de interés en aplicaciones biomédicas, no lo es en el caso del almacenamiento magnético de información, basado precisamente en la estabilidad de la imanación de la fase ferro. Y es aquí donde el efecto exchange-bias ha demostrado su utilidad, ya que la anisotropía inducida en la interfase FM/AFM es capaz de estabilizar el orden FM en sistemas con tamaños de partícula inferiores al límite superparamagnético.

Las fases nano-estructuradas en las que se ha observado EB pueden agruparse en dos grandes grupos fundamentalmente: (i) sistemas de nanopartículas con estructura núcleo- cubierta (core-shell) y (ii) sistemas de nano-partículas ferro insertadas (embedded) en una matriz antiferro. En el primer caso, la cubierta antiferro suele prepararse por modificación química (oxidación parcial) del núcleo ferro y el campo EB que se obtiene en estos sistemas puede alcanzar un valor cercano a 104 Oe en el sistema Co/CoO pero, en general, es al menos un orden de magnitud inferior. El segundo caso engloba mayormente a una serie de sistemas donde las nanopartículas ferro son depositadas artificialmente (co-evaporación, pulverización (sputteringj secuencial,...) en una matriz antiferro y donde, por lo general, se logran valores de bias inferiores a los del sistema equivalente en formato núcleo-cubierta. Existe, sin embargo, un pequeño subgrupo en esta segunda categoría donde la separación de las partículas ferro ocurre por segregación espontánea de fases magnéticamente distintas en el seno del sistema. Por lo general, esta segregación es consecuencia del proceso de fabricación y puede dar lugar, en algunos casos, a valores del campo de bias tan altos como los encontrados en sistemas núcleo-cubierta. En algunos sistemas, sin embargo,

la anisotropía unidireccional observada experimental mente es debida a la separación espontánea e intrínseca de fases de distinta naturaleza magnética en un sistema químicamente homogéneo. Es el caso de ciertas aleaciones metálicas (fases de Laves intermetálicas y aleaciones tipo Heusler) donde la segregación de fases FM y AFM es consecuencia de la alternancia del signo de la interacción dominante (del tipo RKKY) y donde llegan a obtenerse - en sistemas concretos, en general los valores son más reducidos - campos de bias del orden de 104Oe. Es también el caso de un número creciente de sistemas óxido con electrones fuertemente correlacionados donde la separación es consecuencia de la competición de términos en el Hamiltoniano opuestos en relación a la localización/deslocalización electrónica; es decir, lo que se denomina separación magneto- electrónica espontánea; fenómeno éste que parece ser bastante común en óxidos de metales de transición. Así, por ejemplo, es responsable de la magnetorresistencia colosal observada en diversas familias de manganitas de banda estrecha y de la aparición de franjas (stripes) en los cupratos superconductores.

En lo que a EB respecta, la primera observación en un óxido de metales de transición data de 2005 en la fase Pr1/3Ca2/3Mn03, en la que se alcanza un valor de magnitud del campo de exchange bias (Heb) de unos 2x103 Oe a 5 K. Desde entonces el fenómeno se ha observado en diversas manganitas (Nd0.5Sro.5Mn03, Lao.87Mno.7Feo.3O3, Pn.xEUxMnOs (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1.0)), cobaltitas (La0.88Sro.12Co03, Ndi-xSrxCoOs ( x= 0.2, 0.4)), ortoferritas (La1/3Sr2/3Fe03-5), así como en el sistema multiferroico, la serie ZnxMn3-x04 (x < 1) y Sr2LuRu06. Como se ha indicado anteriormente, en todos estos sistemas el exchange bias observado es consecuencia de la separación de fases de distinta naturaleza magnética en su seno. Salvo en el compuesto de rutenio, en los que Heb alcanza valores cercanos a 0.4x104 Oe, la magnitud del campo de exchange bias en todos estos sistemas rara vez supera los 1000 Oe. Más recientemente se ha descrito el sistema Pr1_xSrxFe1.yN¡y03.5 [I Ruiz de Larramendi et al., J. Appl. Phys. 103, 033902 (2008)]. Los campos de exchange bias observados en esta familia de compuestos son mayores que los más elevados conocidos hasta la fecha, pero sin embargo aún no resultan satisfactorios.

A la vista de lo expuesto sigue existiendo la necesidad de proporcionar nuevos compuestos que presenten campos de exchange bias superiores a los descritos en el estado de la técnica, útiles para su empleo en sectores como la espintrónica.

Descripción de las Figuras

Figura 1. Componente ferromagnético débil (WFM, weak ferromagnetic component) en el compuesto La0.6Sr0.4Fe0.8Ni0.2O30 obtenido después de sustraer un término lineal

correspondiente a la fase mayoritaria antiferromagnética de la señal de imanación medida a 5 K después de enfriar desde temperatura ambiente en distintos valores de campo aplicado (HFC). La magnitud del desplazamiento alcanza un valor máximo de aproximadamente 7x104 Oe para HFC = 2x104 Oe.

Figura 2. Variación con la temperatura de la magnitud del campo de exchange bias para la composición La0.6Sr0.4Fe0.8Ni0.2O3 0 después de enfriar desde 300 K en un campo aplicado de 12x104 Oe.

Figura 3. Variación con el campo aplicado durante el proceso de enfriamiento,...

1.- Empleo de un compuesto de fórmula general Lai-xSrxFei-yNiyO3, donde los valores de x e y son:

0,1 < x < 0,5 y

0,1 < y < 0,3,

para la fabricación de una válvula de spin.

2.- Empleo según la reivindicación 1 donde el compuesto presenta la fórmula La1-xSrxFe1-yNiyO3 0 donde x = 0,40 10 e y = 0,20.

3. Empleo según la reivindicación 1, donde el compuesto presenta la fórmula La1-xSrxFe1-yNiyO3.0 donde x = 0,20 e y = 0,20.