Il modello di disposizione degli atomi in un cristallo, chiamato reticolo cristallino, può avere un enorme effetto sulle proprietà dei materiali solidi. Controllare e sfruttare queste proprietà è una sfida che promette ricompense in applicazioni come nuovi sensori e nuovi dispositivi a stato solido. Una collaborazione di ricerca internazionale, tra cui ricercatori dell'Università di Osaka, ha riportato l'induzione di un interessante tipo di ordine magnetico, chiamato elimagnetismo, in un materiale di ossido di cobalto espandendo la sua struttura reticolare. I loro risultati sono stati pubblicati su Physical Review Materials.

Il comportamento magnetico risulta dall'ordine dei momenti magnetici dei molti singoli atomi in un materiale. Nell'elimagnetismo, invece di allineare i momenti magnetici, come nei magneti permanenti, producendo ferromagnetismo:i momenti si dispongono in uno schema elicoidale. Questo comportamento è generalmente osservato solo in strutture reticolari complicate in cui diversi tipi di interazioni magnetiche competono tra loro, quindi il rapporto di elimagnetismo indotto in una semplice struttura cubica di ossido di cobalto, è altamente significativo.

"Abbiamo mostrato un ordine di spin elicoidale emergente in un materiale cubico di tipo perovskite, che abbiamo ottenuto semplicemente espandendo la dimensione del reticolo, "Siamo stati in grado di controllare la dimensione dell'espansione del reticolo utilizzando una tecnica ad alta pressione per far crescere una serie di cristalli singoli con particolari composizioni chimiche", afferma Hideaki Sakai, primo autore dello studio. La modifica della quantità di ioni diversi nei nostri materiali ci ha fornito un controllo sufficiente per indagare sulle proprietà magnetiche".

La sostituzione sistematica degli ioni di stronzio nella struttura con ioni di bario più grandi ha causato l'espansione continua del reticolo fino a quando il regolare ordine magnetico ferromagnetico presente a temperatura ambiente è stato interrotto, conseguente elimagnetismo. Questi risultati sperimentali sono stati supportati con successo da calcoli.

"Il fatto che siamo stati in grado di riprodurre in gran parte i nostri risultati con i calcoli dei primi principi verifica che le interazioni magnetiche nei materiali sono altamente sensibili alla costante reticolare, " Dice Sakai. "Più possiamo capire sul comportamento magnetico dei materiali cristallini, più ci avviciniamo alla traduzione delle loro proprietà in funzioni utili. Speriamo che i nostri risultati aprano la strada a nuove applicazioni di sensori".

Il controllo dell'ordine magnetico semplicemente cambiando la chimica del reticolo, come dimostrato da questa ricerca, fornisce una base per studiare le proprietà di molti altri materiali cristallini.