Nuevos Óxidos Metálicos Ferromagnéticos

Desde la invencion del transistor en la decada del 40', los dispositivos electronicos han basado su funcionamiento en la manipulacion de la carga del electron para almacenar o procesar informacion. Sin embargo, desde hace algunos anos se viene realizando un intenso trabajo de investigacion destinado a la implementacion de una nueva generacion de dispositivos, denominados de electronica de espin o espintronica, que ademas de aprovechar la carga del electron puedan hacer uso de su grado de libertad de espin. Entre los materiales con potencial aplicacion en dispositivos de espintronica hay que mencionar: i) los materiales ferromagneticos con una banda de conduccion completamente polarizada en espin, tales como las manganitas, las dobles perovskitas, o la magnetita; y ii) los semiconductores magneticos diluidos (DMS), obtenidos al dopar con cationes magneticos como el Co o el Mn semiconductores standard como ZnO, SnO2, o TiO2. En esta Tesis se ha abordado el estudio de ambas familias de materiales. En primer lugar se estudiaron las propiedades estructurales, magneticas, electricas y espectroscopicas de distintas series de dobles perovskitas de tipo A2FeMoO6 (A=Sr, Ca). Estos materiales presentan una temperatura de Curie por encima de temperatura ambiente (TC~400K) y poseen una banda de conduccion polarizada en espin, por lo que han generado un enorme interes en los ultimos anos en la comunidad cientifica. En particular, nuestro estudio se centro en el desarrollo de metodos que permitan elevar la TC de estos materiales, ampliando de esta manera el rango de operabilidad en temperatura de posibles aplicaciones. Se han explorado exitosamente dos formas de elevar la TC de las dobles perovskitas: el dopaje electronico y la introduccion de interacciones antiferromagneticas locales que refuerzan el ferromagnetismo de largo rango. Sin embargo, el precio a pagar por el aumento de TC es, en ambos casos, un aumento importante del desorden cationico y una critica reduccion de la magnetorresistencia del material, por lo que sus propiedades funcionales se ven severamente afectadas. En paralelo con el trabajo descrito anteriormente, y segun se recoge en la segunda parte de esta Tesis, se llevo a cabo un intenso esfuerzo en colaboracion con la industria destinado a desarrollar un sensor magnetico sin contactos basado en capas gruesas magnetorresistivas de doble perovskita. Finalmente, la tercera parte de esta memoria describe los estudios realizados en muestras policristalinas nanometricas del DMS TM:ZnO (TM:Co,Mn). En particular, se ha prestado especial atencion a la determinacion del caracter (intrinseco o extrinseco) del ferromagnetismo observado en algunas de las muestras. El analisis realizado permite otorgar a dicho ferromagnetismo un caracter intrinseco, donde la presencia de defectos puntuales tiene un rol fundamental en su estabilizacion. Adicionalmente, se propone que dicho ferromagnetismo esta probablemente asociado a una capa superficial de algunos nanometros de espesor. Se ha desarrollado una metodologia que permite controlar el ferromagnetismo de estos materiales mediante tratamientos termicos a bajas temperaturas en atmosferas adecuadas, de forma que somos capaces de «encender» y «apagar» el ferromagnetismo tanto de Mn:ZnO como de Co:ZnO. Los resultados obtenidos son un paso importante en la comprension y control de la interaccion magnetica de estos complejos e interesantes sistemas.