O padrão de arranjo dos átomos em um cristal, chamada de estrutura de cristal, pode ter um grande efeito nas propriedades dos materiais sólidos. Controlar e controlar essas propriedades é um desafio que promete recompensas em aplicações como novos sensores e novos dispositivos de estado sólido. Uma colaboração de pesquisa internacional, incluindo pesquisadores da Universidade de Osaka, relatou a indução de um tipo interessante de ordem magnética, chamado helimagnetismo, em um material de óxido de cobalto, expandindo sua estrutura de rede. Suas descobertas foram publicadas na Physical Review Materials.

O comportamento magnético resulta da ordem dos momentos magnéticos de muitos átomos individuais em um material. No helimagnetismo, em vez de os momentos magnéticos serem alinhados - visto que estão em ímãs permanentes, produzindo ferromagnetismo - os momentos se organizam em um padrão helicoidal. Este comportamento é geralmente observado apenas em estruturas de rede complicadas, onde diferentes tipos de interações magnéticas competem entre si, portanto, o relato de helimagnetismo induzido em uma estrutura simples de óxido de cobalto cúbico, é altamente significativo.

"Mostramos a ordem de rotação helicoidal emergente em um material do tipo perovskita cúbica, que conseguimos simplesmente expandindo o tamanho da rede, "O primeiro autor do estudo, Hideaki Sakai, diz." Fomos capazes de controlar o tamanho da expansão da rede usando uma técnica de alta pressão para fazer crescer uma série de cristais únicos com composições químicas específicas. Alterar a quantidade de íons diferentes em nossos materiais nos forneceu controle suficiente para investigar as propriedades magnéticas. "

A substituição sistemática de íons de estrôncio na estrutura por íons de bário maiores fez com que a rede se expandisse continuamente até que a ordem magnética ferromagnética regular presente à temperatura ambiente fosse interrompida, resultando em helimagnetismo. Essas descobertas experimentais foram corroboradas com sucesso por cálculos.

"O fato de que fomos capazes de reproduzir amplamente nossas descobertas por cálculos de primeiros princípios verifica que as interações magnéticas nos materiais são altamente sensíveis à constante de rede, "Diz Sakai." Quanto mais podemos entender sobre o comportamento magnético dos materiais cristalinos, quanto mais nos aproximamos de traduzir suas propriedades em funções úteis. Esperamos que nossas descobertas abram caminho para novas aplicações de sensores. "

O controle da ordem magnética simplesmente mudando a química da rede, como demonstrado por esta pesquisa, fornece uma base para investigar as propriedades de muitos outros materiais cristalinos.