p Fig. 1 Conceito do estudo. O nanofio 3D Fe3O4 (100) de escala de comprimento de 10 nm em nanotemplate 3D de MgO foi produzido usando técnicas de nanofabricação originais. O nanofio ultrapequeno exibiu uma transição Verwey proeminente com menor concentração de defeito devido ao efeito de nanoconfinamento 3D. Crédito:Universidade de Osaka
p Magnetita (Fe
3 O
4 ) é mais conhecido como minério de ferro magnético, e é a fonte de magnetita. Ele também tem potencial como resistor de alta temperatura em eletrônicos. Em uma nova pesquisa liderada pela Universidade de Osaka, publicado em Nano Letters, nanofios ultrafinos feitos de Fe
3 O
4 revelar insights sobre uma propriedade intrigante deste mineral. p Quando resfriado a cerca de 120 K (-150 ° C), a magnetita muda repentinamente de uma estrutura cristalina cúbica para uma monoclínica. Ao mesmo tempo, sua condutividade cai drasticamente - não é mais um metal, mas um isolante. A temperatura exata desta única "transição de Verwey, "que pode ser usado para comutação em dispositivos eletrônicos, depende das propriedades da amostra, como tamanho de grão e formato de partícula.
p A magnetita pode ser feita em filmes finos, mas abaixo de uma certa espessura - cerca de 100 nm - a transição de Verwey enfraquece e precisa de temperaturas mais baixas. Assim, para eletrônicos em escala nano, preservando esta característica chave do Fe
3 O
4 é um grande desafio. O estudo de Osaka usou uma técnica original para produzir nanofios de magnetita de apenas 10 nanômetros de comprimento, que tinha um comportamento primoroso de Verwey.
p Conforme descrito pelo co-autor do estudo Rupali Rakshit, "Usamos pulsos de laser para depositar Fe
3 O
4 em um molde de MgO. Em seguida, gravamos os depósitos em formas de arame, e, finalmente, conectamos eletrodos de ouro em cada lado para que pudéssemos medir a condutividade dos nanofios. "
p Fig. 2 Estrutura cristalina da magnetita. Crédito:Universidade de Osaka
p Quando os nanofios foram resfriados a cerca de 110 K (−160 ° C), sua resistência aumentou drasticamente, de acordo com o comportamento típico de Verwey. Para comparação, a equipe também produziu Fe
3 O
4 como um filme fino com uma grande área de superfície na escala milimétrica. Sua transição Verwey não foi apenas mais fraca, mas as temperaturas exigidas até 100 K.
p "Os nanofios estavam incrivelmente livres de defeitos de cristal, "diz o líder do estudo Azusa Hattori." Em particular, ao contrário da película fina, eles não eram perseguidos por domínios antifásicos, onde o padrão atômico é repentinamente revertido. Os limites desses domínios bloqueiam a condução na fase metálica. Na fase isolante, eles param de emergir a resistividade, então eles achatam a transição de Verwey. "
p Os nanofios eram tão puros que a equipe pôde estudar diretamente a origem da transição de Verwey com uma precisão sem precedentes. Acredita-se que as propriedades de isolamento da magnetita abaixo de 120 K sejam provenientes de estruturas repetitivas de "trimerons" no cristal de baixa temperatura. Os pesquisadores estimaram a escala de comprimento característica dos trimerons, e se aproximou do tamanho real de acordo com pesquisas anteriores.
p Fig. 3 Propriedades de transporte para as amostras de nanofio (vermelho) e filme (preto). O nanofio mostrou mudança de resistência cerca de seis vezes maior durante a transição de Verwey. Crédito:Universidade de Osaka
p "A transição de Verwey tem uma série de usos potenciais na conversão de energia, eletrônica e spintrônica, "diz Hattori." Se pudermos ajustar a transição controlando a quantidade de defeitos, podemos imaginar a produção de energia muito baixa, ainda dispositivos avançados para oferecer suporte a tecnologia verde. "
p O artigo, "Nanoconfinamento tridimensional oferece suporte à transição de Verwey em Fe
3 O
4 Nanofio em escala de comprimento de 10 nm, "foi publicado em
Nano Letras .
