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Magnetorresistencia colosal

La magnetorresistencia colosal ( CMR ) es una propiedad de algunos materiales, principalmente óxidos de perovskita a base de manganeso , que les permite cambiar drásticamente su resistencia eléctrica en presencia de un campo magnético . La magnetorresistencia de los materiales convencionales permite cambios en la resistencia de hasta un 5%, pero los materiales que presentan CMR pueden demostrar cambios de resistencia en órdenes de magnitud. [1] [2]

Esta tecnología puede encontrar aplicaciones en cabezales de lectura y escritura de discos , lo que permite aumentar la densidad de datos de las unidades de disco duro . Sin embargo, hasta ahora no ha dado lugar a aplicaciones prácticas porque requiere bajas temperaturas y equipos voluminosos. [3] [4]

Historia

Descubierto inicialmente en manganitos de perovskita de valencia mixta en la década de 1950 por G. H. Jonker y J. H. van Santen [5] [6], se dio una primera descripción teórica en términos del mecanismo de doble intercambio . En este modelo, la orientación del espín de los momentos de Mn adyacentes está asociada con el intercambio cinético de electrones g . En consecuencia, la alineación de los espines de Mn por un campo magnético externo causa una mayor conductividad. Trabajos experimentales relevantes fueron realizados por Volger, [7] Wollan y Koehler, [8] y más tarde por Jirak et al. [9] y Pollert et al. [10].

Sin embargo, el modelo de doble intercambio no explica adecuadamente la alta resistividad aislante por encima de la temperatura de transición. [11] En la década de 1990, el trabajo de R. von Helmolt et al. [12] y Jin et al. [13] dio inicio a una gran cantidad de estudios adicionales. Aunque todavía no se comprende por completo el fenómeno, hay una variedad de trabajos teóricos y experimentales que brindan una comprensión más profunda de los efectos relevantes.

Teoría

Un modelo destacado es el llamado modelo ferromagnético semimetálico , que se basa en cálculos de estructura de banda de espín polarizado (SP) utilizando la aproximación de densidad de espín local (LSDA) de la teoría funcional de la densidad (DFT), donde se realizan cálculos separados para electrones de espín ascendente y descendente. El estado semimetálico es concurrente con la existencia de una banda de espín mayoritaria metálica y una banda de espín minoritaria no metálica en la fase ferromagnética.

Este modelo no es el mismo que el modelo de Stoner del ferromagnetismo itinerante. En el modelo de Stoner, una alta densidad de estados en el nivel de Fermi hace que el estado no magnético sea inestable. En los cálculos SP de ferroimanes covalentes utilizando funcionales DFT-LSDA, la integral de correlación de intercambio toma el lugar del parámetro de Stoner. La densidad de estados en el nivel de Fermi no juega un papel especial. [14] Una ventaja significativa del modelo semimetálico es que no depende de la presencia de valencia mixta como lo hace el mecanismo de doble intercambio y, por lo tanto, puede explicar la observación de CMR en fases estequiométricas como el pirocloro Tl
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7También se han investigado los efectos microestructurales en muestras policristalinas y se ha descubierto que la magnetorresistencia a menudo está dominada por la tunelización de electrones polarizados por espín entre granos, lo que da como resultado que la magnetorresistencia tenga una dependencia intrínseca del tamaño del grano. [15] [16]

Aún no se ha logrado una comprensión cuantitativa completa del efecto CMR y todavía es objeto de mucha investigación en la actualidad. Las primeras promesas sobre el desarrollo de nuevas tecnologías basadas en CMR aún no se han materializado.

Véase también

Referencias

  1. ^ Ramirez, AP (1997). "Magnetorresistencia colosal". Revista de Física: Materia Condensada . 9 (39): 8171–8199. Bibcode :1997JPCM....9.8171R. doi :10.1088/0953-8984/9/39/005. S2CID  19951846.
  2. ^ Rodríguez-Martínez, L.; Attfield, JP (1996). "Desorden catiónico y efectos de tamaño en perovskitas de óxido de manganeso magnetoresistivas". Physical Review B . 54 (22): R15622–R15625. Bibcode :1996PhRvB..5415622R. doi :10.1103/PhysRevB.54.R15622. PMID  9985717.
  3. ^ "Químicos exploran nuevos materiales con posibilidades de discos duros de ordenador de 'próxima generación'". The University of Aberdeen News . 27 de enero de 2014.
  4. ^ Dagotto, Elbio (14 de marzo de 2013). "Breve introducción a la magnetorresistencia gigante (GMR)". Separación de fases a escala nanométrica y magnetorresistencia colosal: la física de los manganitos y compuestos relacionados . Springer Series in Solid-State Sciences. Vol. 136. Springer Science & Business Media. págs. 395–396. doi :10.1007/978-3-662-05244-0_21. ISBN . 9783662052440.
  5. ^ Jonker, GH; Van Santen, JH (1950). "Compuestos ferromagnéticos de manganeso con estructura de perovskita". Physica . 16 (3): 337. Bibcode :1950Phy....16..337J. doi :10.1016/0031-8914(50)90033-4.
  6. ^ Van Santen, JH; Jonker, GH (1950). "Conductividad eléctrica de compuestos ferromagnéticos de manganeso con estructura de perovskita". Physica . 16 (7): 599–600. Bibcode :1950Phy....16..599V. doi :10.1016/0031-8914(50)90104-2.
  7. ^ Volger, J. (1954). "Investigaciones experimentales adicionales sobre algunos compuestos oxídicos ferromagnéticos de manganeso con estructura de perovskita". Physica . 20 (1): 49–66. Bibcode :1954Phy....20...49V. doi :10.1016/S0031-8914(54)80015-2.
  8. ^ Wollan, EO; Koehler, WC (1955). "Estudio de difracción de neutrones de las propiedades magnéticas de la serie de compuestos de tipo perovskita [(1-x)La, x Ca ]MnO_{3}". Physical Review . 100 (2): 545. Bibcode :1955PhRv..100..545W. doi :10.1103/PhysRev.100.545.
  9. ^ Jirák, Z.; Krupička, S.; Šimša, Z.; Dlouhá, M.; Vratislav, S. (1985). "Estudio de difracción de neutrones de perovskitas Pr1 - xCaxMnO3". Revista de Magnetismo y Materiales Magnéticos . 53 (1–2): 153. Código bibliográfico : 1985JMMM...53..153J. doi :10.1016/0304-8853(85)90144-1.
  10. ^ Pollert, E.; Krupička, S.; Kuzmičová, E. (1982). "Estudio estructural de perovskitas Pr1−xCaxMnO3 e Y1−xCaxMnO3". Revista de Física y Química de Sólidos . 43 (12): 1137. Código Bibliográfico :1982JPCS...43.1137P. doi :10.1016/0022-3697(82)90142-1.
  11. ^ Lalena, JN; Cleary, DA (2010). Principios de diseño de materiales inorgánicos (2.ª ed.). Wiley. pág. 361. ISBN 9780470567531.
  12. ^ von Helmolt, R.; Wecker, J.; Holzapfel, B.; Schultz, L.; Samwer, K. (1993). "Magnetorresistencia negativa gigante en películas ferromagnéticas La2/3Ba1/3Mn Ox similares a perovskitas". Physical Review Letters . 71 (14): 2331–2333. Bibcode :1993PhRvL..71.2331V. doi :10.1103/PhysRevLett.71.2331. PMID  10054646.
  13. ^ Jin, S.; Tiefel, TH; McCormack, M.; Fastnacht, RA; Ramesh, R.; Chen, LH (1994). "Cambio de mil veces en resistividad en películas magnetorresistivas de La-Ca-Mn-O". Science . 264 (5157): 413–5. Bibcode :1994Sci...264..413J. doi :10.1126/science.264.5157.413. PMID  17836905. S2CID  39802144.
  14. ^ Zeller, R. (419–445). Grotendorst, J.; Blũgel, S.; Marx, D. (eds.). Nanociencia computacional: hágalo usted mismo . Serie NIC. Vol. 31. Jũlich: Instituto John von Neumann de Computación. p. 2006. ISBN 3-00-017350-1.
  15. ^ Lalena y Cleary 2010, págs. 361-2
  16. ^ Para una revisión, véase: Dagotto, E. (2003). Separación de fases a escala nanométrica y magnetorresistencia colosal. Springer Series in Solid-State Sciences. Springer. ISBN 978-3-662-05244-0.

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