Líneas de investigación

LEED Fe3O4 on STiO3

Growth of iron oxide on Ru(0001)

Hemos estudiado la reconstrucción de la superficie (100) tanto de cristales volumétricos como de películas delgadas de magnetita. Wien magnetiteHemos determinado que esta reconstrucción desaparece a alrededor de 500ºC (dependiendo de la estequiometría de la muestra particular) por una transición de segundo orden que se ha simulado con un modelo de Ising, realizando predicciones sobre la influencia de la reconstrucción en el carácter semimetálico de la magnetita, y por lo tanto en su posible uso como fuente de electrones polarizados en espín. Se ha observado también por primera vez tanto en el espacio real como en la superficie la transición paraelástico-ferroelástico de la magnetita (transición de Verwey), por medio de microscopía de electrones de baja energía (en colaboración con el Berkeley National Laboratory) y de STM (por una colaboración iniciada con el grupo de Ulrike Diebold, en la Technical University de Viena).

 

Estamos dedicando ahora bastante tiempo al estudio de óxidos metálicos. ¿Porqué?. los óxidos metálicos son una familia de materiales que proporciona un amplio intervalo de escenarios físicos. Muestran ricos diagramas de fases que reflejan la interacción entre diversos procesos a escala atómica que pueden conducir a propiedades singulares y que coloca a los óxidos entre los materiales multifuncionales más atractivos. El uso de óxidos es de particular interés en tecnologías a nanoescala.

El crecimiento de alta calidad de películas delgadas de óxidos y heteroestructuras, cuando

se combina con la versatilidad de las propiedades de los óxidos, abren el camino a 

magnetiteun gran número de aplicaciones en electrónica de óxidos, como transistores

de efecto de campo (FETs) basados en la transición de Mott metal-aislante, o spintronics, cuyo desarrollo se basa enormemente en sistemas de óxido miniaturizados que muestran semi-metalidad o multiferroismo.

 
El entendimiento y control de todas estas exóticas propiedades constintuye actualmente tanto un reto como un camino prometedor hacia el descubrimiento de nuevos fenómenos físicos y su aplicación en nuevas tecnologías. Para ello, se necesita un estudio detallado de los procesos a escala atómica. Sin embargo, es difícil desentrañar los grados de libertad electrónicos y estructurales, y su relación con otros efectos físicos que implican una respuesta dinámica, magnetismo o conductividad. Aspiramos a proporcionar tal información obteniendo conocimiento de los diversos problemas fundamentales de los sistemas de óxidos combinando metodologías teóricas y experimentales: 
 

Colaboramos con otros grupos en la caracterización de óxidos complejos:

.Con Frank Berry y colaboradores del Departamento de Química de la Universidad de Birmingham (UK) hemos sintetizado y caracterizado nuevos complejos de óxidos de metales de transición con diferentes estructuras. En particular, hemos estudiado las propiedades magnéticas, el estado de oxidación de los cationes y las diferentes propiedades estructurales del FeSb2O4, que es isoestructural del Pb3O4, y algunas variantes dopadas con plomo y cobalto de composición FeSb1,5Pb0,5O4 y Co0,5Fe0,5Sb1,5O4. Hemos encontrado que el antimonio está presente como Sb3+ y que la presencia de Pb2+ en los sitios de antimonio induce la oxidación parcial de Fe2+ a Fe3+. Los resultados han mostrado que no hay transición de tipo Werwey en la que los electrones son compartidos entre el hierro en diferentes estados de oxidación y que la estructura magnética cuasi-monodimensional da lugar a situaciones en las que pueden coexistir iones Fe2+ débilmente acoplados en un estado no magnético junto con iones Fe3+ en un estado magnéticamente ordenado. Un trabajo adicional comprende el estudio iniciado los años precedentes sobre el efecto que ejerce la fluoración de compuestos del tipo Sr3Fe2O7-x sobre la distribución catiónica y las complejas propiedades magnéticas de estos materiales.

. Como parte de una colaboración con Juan Luis Gautier y colaboradores (Departamento de Química de Materiales, Universidad de Santiago de Chile), que ha continuado a lo largo de los últimos quince años por medio de proyectos de cooperación bilateral, hemos estudiado compuestos de composición LiNixCo2-xO4, que son de interés en el campo de las baterías de ion-Li, y que se han sintetizado vía procedimientos de sol gel a baja temperatura. Por medio de espectroscopia de fotoelectrones generados por rayos X, XPS, hemos encontrado que una fracción de los iones Co en estos compuestos está presente en el relativamente inusual estado de oxidación Co4+.

 

La epitaxia de haces moleculares consiste en usar un haz atómico de un elemento dado generado desde un dosificador (en nuestro caso, el dosificador es una barra metálica calentada por bombardeo con electrones y con una camisa de agua para evitar el calentamiento de las áreas alrededor del dosificador). Se puede usar tal método para hacer crecer óxidos si se suministra oxígeno como gas de fondo durante el proceso. Se puede usar O2, O3 o NO2 con tal propósito. En nuestro caso, estamos usando O2 o NO2.

Hemos estudiado las etapas iniciales de crecimiento de óxidos de hierro sobre Ru (0001) por MBE asistida por oxígeno. Los óxidos de hierro sobre metales son interesantes para aplicaciones en catálisis, y han sido bastante estudiados, de modo que son un sistema modelo. Sobre Ru, crece inicialmente FeO, mientras que en posteriores etapas se obtiene Fe3O4.