Estudo alcança ferromagnetismo em vanadium oxide puro ao ajustar estados de oxidação
Daegu, Coreia do Sul — InkDesign News —
Uma equipe de pesquisa liderada pelo Professor Chun-Yeol You, do Departamento de Física e Química do DGIST, anunciou uma descoberta significativa ao induzir ferromagnetismo em óxido de vanádio puro, um material previamente não associado a esse comportamento magnético, apenas ajustando os estados de oxidação do elemento.
Contexto da descoberta
O óxido de vanádio (VO) é conhecido principalmente pela transição metal-isolante (MIT), na qual sua condutividade elétrica varia drasticamente com a temperatura. Apesar do extenso estudo de suas propriedades eletrônicas, seu potencial ferromagnético permaneceu praticamente inexplorado, uma vez que o VO tipicamente apresenta comportamento antiferromagnético ou paramagnético. Tradicionalmente, acredita-se que a indução do ferromagnetismo em VO exigisse dopagem química ou defeitos estruturais.
Este novo estudo desafia essa visão, mostrando que o ferro magnetismo pode ser controlado exclusivamente por meio do ajuste dos estados de oxidação dos íons de vanádio, sem necessidade de introdução de impurezas ou modificações estruturais.
Métodos e resultados
A equipe depositou finas camadas de vanádio metálico e variou sistematicamente a concentração de oxigênio para obter filmes delgados com diferentes níveis de oxidação. Utilizando padrões de difração eletrônica (EDP) e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HR-TEM), eles analisaram a estrutura dos filmes de VOx com diferentes estados de oxidação.
Os resultados mostraram uma relação clara entre o estado de oxidação e o comportamento magnético: estados de oxidação mais baixos resultaram em um aumento da ferromagnetismo, enquanto estados mais altos a reduziram. A coexistência de íons de vanádio em múltiplos estados de oxidação, como Vanádio (III) e Vanádio (IV), foi um fator decisivo para a manifestação do ferromagnetismo em regiões localizadas do material. Esses achados também foram corroborados por simulações de Teoria do Funcional da Densidade (DFT).
“Confirmamos que o estado de valência misto dos íons de vanádio desempenha um papel crítico na geração do ferromagnetismo, e essa propriedade pode ser finamente ajustada controlando os níveis de oxidação.
(“We confirmed that the mixed valence state of vanadium ions plays a critical role in generating ferromagnetism, and this property can be finely tuned by controlling oxidation levels.”)— Professor Chun-Yeol You, DGIST
Implicações e próximos passos
Este avanço representa uma nova fronteira na engenharia de propriedades magnéticas em materiais puros sem alterações químicas ou defeituosas no cristal. A possibilidade de controlar o ferromagnetismo apenas pela oxidação abre caminhos para o desenvolvimento de materiais magnéticos avançados que podem ser usados em dispositivos de informação de próxima geração.
“Esses resultados poderiam fornecer princípios valiosos para o desenvolvimento de novos materiais magnéticos e ajudar a estabelecer uma plataforma material fundamental para dispositivos de informação futuros.”
(“These findings could provide valuable design principles for developing advanced magnetic materials and help establish a foundational material platform for next-generation information devices.”)— Professor Chun-Yeol You, DGIST
Espera-se que pesquisas futuras explorem tanto a estabilidade quanto a aplicação prática desses filmes magnéticos finos, além de expandir o estudo para outros materiais oxidados com potencial magnético controlado por estados de oxidação.
Fonte: (Phys.org – Ciência & Descobertas)
