06/C320

Materiales magnetostrictivos y efectos magneto-estructurales.
Magnetostrictive materials and magneto-structural effects

Director: RAMOS, Carlos Alberto
Correo Electrónico: cramos@cab.cnea.gov.ar

Integrantes: CAUSA, María Teresa; BUTERA, Alejandro; ZYSLER, Roberto Daniel; VAZQUEZ MANSILLA, Marcelo; PEREZ, Julio César; BENAVIDEZ, Rubén; SEOANE, Nicolás.

Resumen Técnico: Este proyecto esta orientado al estudio de fenómenos magneto-elásticos en sistemas magnéticos concentrados y a las propiedades magneto-estructurales de materiales. Los materiales magnéticos tienen asociado al orden magnético un cambio en las dimensiones de la red cristalina conocido como magnetostricción espontánea [1]. La correlación entre la estructura y el magnetismo juega un rol básico en la determinación de las propiedades de los materiales magnéticos [2] (tal es el caso de Co que resulta un material relativamente “blando” o “duro” dependiendo de si su estructura es FCC o HCP respectivamente [3,4]). Por tanto el estudio y la correlación entre las propiedades magnéticas y estructurales resulta muy relevante en la comprensión de las propiedades magnéticas de los materiales. La expansión térmica en materiales magnéticos es una técnica que ayuda en la determinación de la naturaleza de las transiciones magnéticas [5] y ha sido empleada para caracterizar compuestos con coexistencia de fases, como es el caso de las “manganitas” [6] que presentan un fenómeno de competencia entre una fase magnética metálica y otras de características aisladoras asociada con un volúmen mayor y conocida como “orden de carga”. En otros sistemas, como son los nanohilos magnéticos de Ni crecidos por electrodeposición en matrices auto-organizadas de alúmina anódica nanoporsa, hemos observado una disminudión anómala de la anisotropía magnética al disminuir la temperatura desde 300K a 100K. Esta anomalía se debe a los efectos indirectos del substrato de Al sobre los nanohilos de Ni. Los hilos de Ni experimentan una notable extensión (de 0.35±0.03% a lo largo del hilo) al disminuir la temperatura desde ambiente hasta 100K. Esta expansión anómala activa una considerable energía magnetoelástica que se opone a la anisotropía de forma pudiendo dar como resultando en hilos ferromagnéticos con magnetización espontánea perpendicular a su eje [7]. La estructura y el magnetismo tienen otra manifestación distintiva en espectroscopia de resonancia magnética que utilizarse para evaluar tanto anisotropías magnéticas en sistemas ferromagnéticos [7] como para estudiar centros paramagnéticos aislados o caracterizar materiales de interés tecnológico como son los materiales mesoporosos con actividad catalítica. En este proyecto se propone estudiar mediante expansión térmica, mediciones magnetización, resonancia magnética y técnicas de caracterización de materiales, los fenómenos asociados a efectos magnetrostictivos y magneto-estructurales en materiales masivos, agregados de átomos magnéticos, o iones aislados. Este proyecto incluye la formación de recursos humanos en la investigación científica orientada hacia la Ciencia de Materiales mediante la realización de trabajos de tesis de grado y posgrado. [1] “Magnetostriction: Theory and Applications of Magnetoelasticity” E. du Trémolet de Lachesseirie, CRC Press, 1993. [2]Soft Magnetic Nanocrystalline Materials, G. Herzer. Scripta Metallurgica et Materialia, 33 (1995) 1741-1756. [3] “Introduction to Solid State Physics”, C. Kittel, 6th Edition, 1986, Chap 15. [4] Ferromagnetic Resonance in Co hcp and fcc Single crystal films on MgO, V. C. Santos, A. A. R. Fernandes, E. E. Fullerton and C. A. Ramos, Materials Science Forum 302-303 (1999) 76-80. [5] Lattice effects and phase competition in charge ordered manganites, F. Rivadulla, L. E. Hueso,  D.R. Miguéns, P. Sandre, A. Fondado, J. Rivas, M. A. López-Quintela, and C. A. Ramos, J .Appl. Phys. 91(2002) 7412. [6] Suppression of Ferromagnetic Double Exchange by Vibronic Phase Segregation, F. Rivadulla, M. Otero-Leal, A. Espinosa, A. De Andrés, C. Ramos, J. Rivas and J. B. Goodenough Phys. Rev. Lett, 96, 016402 (2006). [7] Estudio de las propiedades estáticas y dinámicas de nanohilos magnéticos y películas nanoporosas, Ettore Vassallo Brigneti, Tesis Doctoral, Instituto Balseiro, Universidad Nacional de Cuyo, Junio 2009.

Summary: This project is oriented to the study of magneto-structural phenomena in magnetically concentrated systems and to the magneto-structural properties of materials. The magnetic materials, being ferro- or antiferromagnetic, undergo changes in the lattice parameters known as spontaneous magnetostriction. Correlation between structure and magnetism plays a basic role in the intrinsic magnetic properties of materials (such is the case of Co, which can be a “soft” or “hard” magnetic material depending on whether the lattice is FCC or HCP). Therefore the study and correlation of these megnetic properties with the structural characteristics of the materials is of great importance. The thermal expansion of the magnetic materials is a technique that helps determining the nature of the magnetic transitions [F. Rivadulla et al. J. Appl. Phys. 91(2002) 7412] and has been employed to characterize compounds with phase existence, as the case of “manganites” [F. Rivadulla et al., Phys. Rev. Lett. 96 (2006) 016402], that present a phase competition between the magnetic metallic phase and an insulating phase associated to a larger volume and known as “charge order”. This insulating phase, depending on the amount of electronic doping, can develop into a charge-ordered state which has a larger volume. The amount of this charge-ordered phase can be tuned by the application of laboratory magnetic fields and its effects be seen in the magnetostriction of the sample. In other systems, such as the Ni magnetic nanowires grown be electrodeposition into self-organized nanoporous alumina, have been observed to behave in an anomalous way when the temperature is decreased from 300K to 10K. This anomaly is caused by indirect effects of the Al substrate onto the Ni nanowires. The Ni wires experience a sizeable extension (of 0.35±0.03% along the wire) when decreasing the temperature from room temperature down to 100K. An anomalous expansion activates a considerable magnetoelastic energy that opposes the shape anisotropy as as result o ferromagnetic wires with spontaneous magnetization perpendicular to its wire. La estructura y el magnetismo tienen otra manifestación distintiva en espectroscopía de resonancia magnética que utilizarse para evaluar tanto anisotropías magnéticas en sistemas ferromagnéticos [E. Vassallo, Ph. D. Thesis, Instituto Balseiro, UNC, 2009] como para estudiar centros paramagnéticos aislados o caracterizar materiales de interés tecnológico como son los materiales mesoporosos con actividad catalítica. Structure and magnetism show its intrinsic relation in magnetic resonance spectroscopy. It has been used to evaluate magnetic anisotropy in ferromagnetic systems to the study of isolated paramagnetic centers or to characterize materials of technological interest as mesoporous materials with catalitic activity. This project aims to study by means of thermal expansion, magnetization, magnetic resonance, and materials characterization techniques, the phenomena associated to magnetostrictive and magneto-structural effects in bulk, magnetic clusters or isolated ions. This project includes the formation of students at a graduate and post-graduate levels in Materials Science and Condensed Mater Thesis.