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El Collaborative Research Center CRC 1214 de la Universidad de Konstanz ha desarrollado un método para sintetizar nanopartículas de óxido de europio (II), un semiconductor ferromagnético que es relevante para el almacenamiento y transporte de datos.

Los semiconductores ferromagnéticos han atraído una atención creciente en la última década. Sus propiedades los convierten en materiales funcionales prometedores que se pueden utilizar en el campo de la electrónica basada en espín (espintrónica).  La espintrónica es de crucial importancia para el almacenamiento y transporte de información. En una colaboración interdisciplinaria, los investigadores de la Universidad de Konstanz desarrollaron con éxito un método para sintetizar nanopartículas de óxido de europio (II) (EuO), un semiconductor ferromagnético con propiedades extremadamente prometedoras. Los investigadores también demostraron que las nanopartículas tienen propiedades magnéticas debido a su estructura. Los resultados del proyecto de investigación conjunta se han publicado en la edición del 20 de noviembre de 2017 de la revista científica Advanced Materials .

La colaboración de los grupos de investigación dirigidos por el profesor Sebastián Polarz (química inorgánica), el profesor Mikhail Fonin (física experimental) y el profesor Ulrich Nowak (física teórica) de la Universidad de Konstanz, así como el equipo de microscopía electrónica del Instituto Leibniz para Solid State and Materials Research Dresden (IFW Dresden), dirigido por el Dr. Axel Lubk, se llevó a cabo en el marco del Centro de Colaboración de la Universidad de Konstanz (SFB) «Partículas anisotrópicas como bloques de construcción: Adaptación de la forma, interacciones y estructuras». «Sin la cooperación de estos equipos de investigación, no podríamos haber logrado estos resultados», dice Bastian Trepka, autor principal del estudio y miembro del equipo de investigación de Sebastian Polarz Functional Inorganic Materials, donde se han sintetizado las nanopartículas.

Las propiedades de las nanopartículas anisotrópicas y magnéticas están en el centro del proyecto de investigación A5 del SFB. Anisotrópico significa que la forma y las propiedades magnéticas, ópticas o electrónicas no son idénticas para todas las direcciones espaciales de la partícula. Esto, a su vez, permite investigar no solo las propiedades nuevas y a menudo mejoradas de los materiales nanoestructurados, sino también las propiedades adicionales causadas por la anisotropía.

La producción de nanopartículas a partir de semiconductores ferromagnéticos como el óxido de europio (II) constituye un gran desafío, especialmente en la geometría anisotrópica. Después de todo, las partículas con las nuevas propiedades interesantes esperadas también deben ser anisotrópicas. «El objetivo es profundizar nuestra comprensión para que podamos modular y acceder a las propiedades de los nanosistemas bajo demanda», dice el autor principal, Trepka. Usando su método especial, los investigadores lograron producir nanopartículas de EuO de alta calidad y anisotrópicas que pueden usarse para observar los efectos de la estructura de la propiedad.

El método se basa en un proceso de dos etapas. En un primer paso, se produce un material híbrido que consta de componentes orgánicos e inorgánicos, que ya es anisotrópico. En el siguiente paso, el material híbrido se trata con vapor de europio. Como resultado, se convierte químicamente en EuO. En este caso, la forma de las nanopartículas es tubular. «Este método es interesante porque no se limita a formas tubulares. También es posible producir varillas», explica Bastian Trepka.

Además, los investigadores pudieron demostrar que las propiedades magnéticas del semiconductor óxido de Europio (II) están realmente relacionadas con la forma de su nanoestructura, o más bien la anisotropía. Después de un tratamiento adicional al intentar generar contra evidencia, las formas tubulares desaparecieron, dando como resultado diferentes propiedades. «Los físicos experimentales llevaron a cabo mediciones que confirmaron los resultados que habían sido simulados por los físicos teóricos. Esto nos permitió desarrollar ideas sobre cómo la estructura produce este comportamiento magnético particular», explica Bastian Trepka.

«Lo que es realmente especial acerca de nuestro proceso es la separación del control de la estructura y la transformación química. Podemos obtener diferentes formas del mismo material influyendo en la forma a través del control del proceso. De esta forma siempre conseguiremos que el material adopte la forma que necesitamos» , dice Trepka. En el caso del óxido de europio (II), se trata de una nanotransformación topotáctica que mantiene su dirección cristalina: es tubular tanto antes como después del tratamiento.

«Un material inteligente con una variedad de propiedades», dice Bastian Trepka de Europium (II) oxide. Sobre todo, tiene una estructura cristalina simple. «Podemos explicar los cambios en las propiedades que apelan a las estructuras cristalinas, que están predeterminadas». Esto es ideal para la investigación básica.

Ampliar en: https://doi.org/10.1002/adma.201703612