Tlenki metali przejściowych wykazują niezwykłe bogactwo

Nr wniosku: 168989, nr raportu: 18728. Kierownik (z rap.): dr hab. Marek Wójcik
Tlenki metali przejściowych wykazują niezwykłe bogactwo własności fizycznych oraz chemicznych
co sprawia, że są one interesującymi materiałami do zastosowań w wielu dziedzinach nowoczesnej
technologii. Źródłem tego bogactwa własności jest silne powiązanie własności, które w fizyce określane są
jako stopnie swobody i są nimi: ładunek elektryczny elektronu, jego trajektoria (orbital), jego moment
magnetyczny (spin), oraz drgania sieci krystalicznej. Własności tych tlenków określone są przez elektrony z
częściowo zapełnionej powłoki 3(d) metalu przejściowego, które tworzą pasma walencyjne i przewodnictwa.
Elektrony te, w przeciwieństwie do sytuacji w prostych metalach, silnie oddziaływają ze sobą oraz z
elektronami sąsiednich atomów tlenu tworząc układ który decyduje o własnościach transportowych,
magnetycznych a te z kolei są silnie uzależnione od własności strukturalnych i niezwykle wrażliwe na
czynniki zewnętrzne. Jedną z istotnych konsekwencji takiej sytuacji jest to, że grupa tlenków metali
przejściowych interesujących ze względu na zastosowania w spintronice, w której oddziaływanie
decydujące o uporządkowaniu magnetycznym zależy od gęstości elektronowej, wykazują tendencje do
separacji fazowej, co pociąga za sobą zmianę ich własności magneto – transportowych. Dogłębne poznanie
tego procesu ma kluczowe znacznie dla zrozumienia tych materiałów i ich przyszłego wykorzystania. W
omawianym projekcie wykorzystano eksperyment Jądrowego Rezonansu Magnetycznego na jądrach
izotopu 55Mn, w celu pogłębienia zrozumienia skomplikowanych zjawisk w obszarze międzywierzchni,
prowadzących do separacji fazowej, obserwowanych w epitaksjalnych heterostrukturach utworzonych przez
warstwę manganitu z warstwami innych tlenków o strukturze prostego kubicznego perowskitu. Badaniami
objęto dwa główne zagadnienia:
a) Wpływ naprężeń na rozkład elektronów pochodzących od powłok 3d atomów manganu w cienkich
warstwach manganitów o strukturze perowskitu.
Wytwarzanie cienkich warstw tych tlenków na podłożu z monokryształu innego tlenku prowadzi na ogół do
istotnej modyfikacji ich własności. Jest to wywołane zmianą symetrii otoczenia metalu przejściowego (Mn)
spowodowaną naprężeniami związanymi z koherentnym wzrostem warstwy ze stałymi sieci narzuconymi
materiałem podłoża. W projekcie badano w jaki sposób naprężenie w warstwach może wywoływać
lokalizację elektronów z powłoki 3d Mn, oraz w jaki sposób w zależności od znaku naprężenia mogą
występować różne konfiguracje elektronowe z odpowiadającymi im stanami orbitalnymi i jakie
uporządkowanie momentów spinowych mogą wywoływać w materiałach, które wykazują porządek
magnetyczny.
b) Rekonstrukcja w obszarze międzywierzchni w heterostrukturach tlenków metali przejściowych.
Naprężenia wywołane niedopasowaniem do stałych sieciowych substratu mogą zdominować własności
warstwy, ale z drugiej strony istnienie otwartej powierzchni jest również dodatkowym źródłem zmiany
symetrii dla atomów na powierzchni. Powierzchnie graniczne narzucają zupełnie nowe najbliższe otoczenie
atomowe jonów manganu co wpływa na ich konfigurację elektronową. W projekcie wykazano, że zmiana
własności sięga zwykle głębiej niż warstwa powierzchniowa. Z drugiej strony wytwarzanie heterostruktur
tlenków metali przejściowych prowadzi do powstania nowych międzywierzchni i stwierdzono, że prowadzi
to do lokalnej modyfikacji wielkości ładunku i/bądź rekonstrukcji orbitali jak i oddziaływania spinów.
Badając efekty związane z międzywierzchniami różnych tlenków metali przejściowych pokazano w jaki
sposób hierarchia poszczególnych orbitali może ulec zmianie przez odpowiedni dobór materiałów oraz
zewnętrznych stymulatorów takich jak zewnętrzne pole magnetyczne bądź elektryczne.