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 con CMR pueden mostrar cambios de resistencia en órdenes de magnitud. [1] [2]
Esta tecnología puede encontrar usos en los cabezales de lectura y escritura de discos , lo que permite aumentos en la densidad de datos de la unidad de disco duro . Sin embargo, hasta ahora no ha dado lugar a aplicaciones prácticas porque requiere bajas temperaturas y un gran tamaño de equipo. [3] [4]
Historia
Inicialmente descubierto en manganitas de perovskita de valencia mixta en la década de 1950 por G. H. Jonker y J. H. van Santen, [5] se dio una primera descripción teórica en términos del mecanismo de doble intercambio . En este modelo, la orientación de espín de los momentos Mn adyacentes está asociada con el intercambio cinético de electrones e g . En consecuencia, la alineación de los espines de Mn por un campo magnético externo provoca una mayor conductividad. Volger, [6] Wollan y Koehler, [7] realizaron un trabajo experimental relevante y más tarde Jirak et al. [8] y Pollert et al. [9]
Sin embargo, el modelo de doble intercambio no explicó adecuadamente la alta resistividad de tipo aislante por encima de la temperatura de transición. [10] En la década de 1990, el trabajo de R. von Helmolt et al. [11] y Jin et al. [12] inició una gran cantidad de estudios adicionales. Aunque todavía no existe una comprensión completa del fenómeno, existe 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 bandas con polarización de espín (SP) utilizando la aproximación de densidad de espín local (LSDA) de la teoría funcional de densidad (DFT) donde se realizan cálculos separados en busca de electrones spin-up y spin-down. 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 Stoner de ferromagnetismo itinerante. En el modelo Stoner, una alta densidad de estados en el nivel de Fermi hace que el estado no magnético sea inestable. Con los cálculos de SP en ferromagnetos covalentes, la integral de correlación de intercambio en el LSDA-DFT toma el lugar del parámetro Stoner. La densidad de estados a nivel de Fermi no juega un papel especial. [13] 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 2 Mn 2 O 7 . También se han investigado los efectos microestructurales para muestras policristalinas y se ha encontrado que la magnetorresistencia a menudo está dominada por el efecto túnel de electrones polarizados de espín entre granos, dando lugar a una dependencia intrínseca del tamaño de grano a la magnetorresistencia. [14] [15]
Una comprensión completamente cuantitativa del efecto CMR ha sido difícil de alcanzar y todavía es el tema de las actividades de investigación actuales. Las perspectivas iniciales de grandes oportunidades para el desarrollo de nuevas tecnologías aún no se han materializado.
Ver también
Referencias
- ^ Ramírez, AP (1997). "Magnetorresistencia colosal". Revista de física: materia condensada . 9 (39): 8171–8199. Código bibliográfico : 1997JPCM .... 9.8171R . doi : 10.1088 / 0953-8984 / 9/39/005 . S2CID 19951846 .
- ^ Rodríguez-Martínez, L .; Attfield, JP (1996). "Desorden catiónico y efectos de tamaño en perovskitas de óxido de manganeso magnetorresistivas". Physical Review B . 54 (22): R15622 – R15625. Código Bibliográfico : 1996PhRvB..5415622R . doi : 10.1103 / PhysRevB.54.R15622 . PMID 9985717 .
- ^ "Químicos exploran nuevo material con posibilidades de disco duro de computadora de 'próxima generación'" . Noticias de la Universidad de Aberdeen . 27 de enero de 2014.
- ^ Dagotto, Elbio (14 de marzo de 2013). "Breve introducción a la magnetorresistencia gigante (GMR)". Separación de fases a nanoescala y magnetorresistencia colosal: la física de las manganitas y compuestos relacionados . Serie Springer en Ciencias del Estado Sólido. 136 . Springer Science & Business Media. págs. 395–396. doi : 10.1007 / 978-3-662-05244-0_21 . ISBN 9783662052440.
- ^ 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 .
- ^ Volger, J. (1954). "Nuevas investigaciones experimentales 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 .
- ^ 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}". Revisión física . 100 (2): 545. Código Bibliográfico : 1955PhRv..100..545W . doi : 10.1103 / PhysRev.100.545 .
- ^ 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 .
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- ^ Jin, S .; Tiefel, TH; McCormack, M .; Fastnacht, RA; Ramesh, R .; Chen, LH (1994). "Mil veces cambio en resistividad en películas magnetorresistivas La-Ca-Mn-O". Ciencia . 264 (5157): 413–5. Bibcode : 1994Sci ... 264..413J . doi : 10.1126 / science.264.5157.413 . PMID 17836905 .
- ^ R. Zeller Nanociencia computacional: Hágalo usted mismo, J. Grotendorst, S. Blũgel, D. Marx (Eds.), Instituto John von Neumann de Computación, Jũlich, Serie NIC, Vol. 31, ISBN 3-00-017350-1 , págs. 419-445, 2006.
- ^ JN Lalena y DA Cleary "Principios del diseño de materiales inorgánicos", 2ª ed., John Wiley & Sons, Nueva York, p. 361-362 (2010).
- ^ Para una revisión, consulte: Dagotto, E. (2003). Separación de fases a nanoescala y magnetorresistencia colosal . Serie Springer en Ciencias del Estado Sólido. Saltador. ISBN 978-3-662-05244-0.
enlaces externos
- Nuevas pistas sobre el mecanismo de magnetorresistencia colosal
- Grupo de teoría en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge
- Artículo de Physicsweb de febrero de 1999