Grupos
Objetivos
- El objetivo es el desarrollo de nuevos materiales para aplicaciones en las tecnologías de la información: memorias de ordenador, sensores y disparadores, dispositivos magnetoelectrónicos y optoelectrónicos. Igualmente importante, es el objetivo de la mejora de los conocimientos teóricos sobre la preparación de los procesos y la estructura, propiedades y mecanismos presentes en estos materiales. Lla transferencia de estos conocimientos a la industria se contempla como un objetivo general.
Financiación
Proyectos financiados por la Unión Europea
1. ISIS Target Station 2 (UE Contract Number 011723).
Period: 1/3/2005 - 1/3/2010
Financing Agency: UE VI Programa Marco
Total Amount (euros): 30.000
Project Leader: García-Hernández, M.
2. Magnetic nanoparticles combined with submicron bubbles for oncologing imaging NANOMAGDYE (CP-FP 214032-2).
Period: 9/2008 - 8/2011
Financing Agency: European Commission FP7-NMP-2007-SMALL-1
Total Amount (euros): 297.000
Project Leader: Vázquez Villalabeitia, M.
Scientists: Asenjo Barahona, A.; Badini Confalonieri, G.
3. Multifunctional and integrated piezoelectric devices (MIND). (NMP3-CT-2005-515757).
Period: 1/3/2005 - 28/2/2009
Financing Agency: Comisión Europea (Red de Excelencia)
Totall Amount (euros): 7.392.000
Project Leader: Pardo, L.
Scientists: Calzada, M.L.; Castro, A.; Jiménez, R.; Alguero, M.; Ricote, J.; Hungría, T., Bretos, I.
Fellowships and Doctoral Students: García, A.; Santos, A.; Torres, M.; Ferrer, P.; Arevalo, R., Fernández, R.
Assistants: Perez, A.; Vicente, J.M.
Proyectos financiados por la industria
1. Provisión de materiales microhilos obtenidos mediante técnicas de enfriamiento ultrápido.
Period: 1/10/2008 - 30/9/2010
Financing Agency: Consorcio Empresa /Univ. Publica de Navarra
Total Amount (euros): 60.000
Project Leader: Vázquez Villalabeitia, M.
Scientists: Badini Confalonieri, G.
Assistants: Jacas, A.
Proyectos financiados por diversos organismos: CICYT, SEUID, MEC-MICINN
1. Desarrollo de nuevos materiales para spintrónica (MAT2006-01004).
Period: 1/10/2006 - 30/9/2009
Financing Agency: DGI-MEC
Total Amount (euros): 266.805
Project Leader: Prieto, C.
Scientists: de Andrés,A.; Jiménez Rioboó, R.; Sánchez Marcos,J.
Fellowships and Doctoral Students: Céspedes Montoya, E.; Espinosa de los Monteros,A.; Salas Colera, E.; Martínez Morillas,R.
Assistants: Muñoz Ochando, I.
2. Magnetotransporte en nano y microhilos magneticos (MAT2007-65420-C02-01).
Period: 1/10/2007 - 30/9/2010
Financing Agency: MEC
Total Amount (euros): 346.000
Project Leader: Vázquez, M.
Scientists: Batallan, F.; Asenjo, A.; Badini, G.; Hernández, M.; Navas, D.; Pirota, K.; Knobel, M.; de la Prida, V.; Britel, M.R.
Fellowships and Doctoral Students: Jaafar, M.; Sanz, R.; Torrejón, J.; Infante, G.; de Oliveira, W.; Shimode, A.
3. Nanoferroeléctricos para dispositivos integrados. Métodos de depósito químico de disoluciones de bajo coste energético y nanocaracterización eléctrica (MAT2007-61409).
Period: 1/8/2007 - 31/7/2010
Financing Agency: MEC
Total Amount (euros): 205.700
Project Leader: Calzada, M.L.
Scientists: Pardo, L.; Jiménez, R.; Ricote, J.; Ramos, P.; Fuentes-Cobas, L.; Bretos, I.
Fellowships and Doctoral Students: Torres,M.; Martín Arbella, N.
4. Recambio de Tubo Laser para Espectroscopía Brillouin de Alta Resolución (MAT2007-30146-E).
Period: 11/02/08 - 10/02/09
Financing Agency: Ministerio de Ciencia e Innovación
Total Amount (euros): 18.000
Project Leader: Jiménez Riobóo, R.J.
Temas
1. Arreglos magnéticos de nanohilos, nanotubos y nanohuecos en membranas anódicas de alúmina, titania y níquel
El estudio de nanoestructuras magnéticas ordenadas a largo alcance son de relevancia para su aplicación en sensores funcionales diversos y como medio de almacenamiento de información, independientemente de su interés desde un punto de vista básico relacionado con sus procesos de imanación, anisotropía e interacciones. En nuestro laboratorio se vienen fabricando dichos tipos de nanoestructuras mediante procesos de anodización, seguidos por otros de réplica/antirréplica involucrando electrodeposición, sputtering y prensado. En particular se estudian arreglos de nanohilos magnéticos en membranas de alúmina, de nanotubos en membranas de titania, y de nanohuecos en membranas de níquel. Así también, se estudian polímeros magnéticos nanoestructurados y membranas metálicas para estudios optomagnéticos. Las unidades nanométricas (nanohilos o nanohuecos) poseen dimensiones controlables, (diámetro de 15 a 200nm) y constante de red de simetría hexagonal (65, 105 y 500nm.). El comportamiento magnético de los arrays de nanohilos es investigado mediante las técnicas de SQUID, VSM y MFM.
1. Effects of the magnetoelastic anisotropy in Ni nanowire arrays D. Navas, K. Pirota, P. Mendoza, D. Velázquez, C. Ross and M. Vazquez, J. Appl. Phys. 103, 07D523 (3pp) (2008)
2. One-dimensional magnetoplymeric nanostructures with tailored sizes,J. Martin, M. Vazquez, M. Hernandez-Velez and C. Mijangos, Nanotechnology 19, 175304 (5pp) (2008)
3. Tailoring of magnetocaloric response in nanostructured materials: role of anisotropy, V. Franco, K. Pirota, V. Prida, A. Neto, A. Conde, M. Knobel, B. Hernando and M. Vazquez, Phys. Rev. B 77, 104434(5pp) (2008)
Proyectos: 1.- Magnetotransporte en nano y microhilos magnéticos MAT2007-65420-C02-01. Octubre 2007- Septiembre 2010. Importe 346 M€, Investigador Principal: Vázquez Villalabeitia, M, Investigadores: Batallán, F.; A.;Asenjo, A.; Badini G.; M. Hernandez-Velez. 2.- Magnetic nanoparticles combined with submicron bubbles for oncologing imaging NANOMAGDYE, FP7-NMP-2007-SMALL-1, CP-FP 214032-2, Sep 2008-Agosto 2011,Importe:297000€, Investigador Principal, Vázquez Villalabeitia, Manuel, Investigadores, Asenjo Barahona, Agustina, Badini Confalonieri, Giovanni
2. Caracterización de nanoestructuras mediante microscopía de campo cercano
En la actualidad la Microscopía de Fuerzas Atómicas (Scanning Probe Microscopy, SPM) es considerada como una técnica versátil y de gran interés en la caracterización de dispositivos con interés en el campo de la Nanociencia y la Nanotecnología. Con estas técnicas hemos caracterizado la morfología de superficies nanoporosas crecidas por electrodeposición, las propiedades mecánicas de superficies metálicas (en particular los primeros estadios de la plasticidad) y las propiedades magnéticas (mediante Microscopía de Fuerzas Magnéticas) de nanoestructuras crecidas por nanolitografía o técnicas basadas en métodos desde abajo hacia arriba. Se ha hecho además un esfuerzo importante en el desarrollo de un nuevo MFM que permite aplicar campos magnéticos in situ de manera que es posible estudiar procesos de inversión de imanación de elementos nanométricos de forma individual.
1. Calibration of coercive and stray fields of commercial Magnetic Force Microscope probes, M. Jaafar, A. Asenjo and M. Vázquez, IEEE Trans. Nanotechnology, 7 (3) 245-250 (2008)
2. Ordered magnetic nanohole and antidot arrays prepared through replication from anodic alumina templates (invited), M. Vázquez, K.R. Pirota, D. Navas, A. Asenjo, M. Hernández-Vélez, P. Prieto and J.M. Sanz, J. Mag. Mag. Mat, 320 (14) 1978-1983 (2008)
3. Field induced vortex dynamics in magnetic Ni nanotriangles, M Jaafar, R Yanes, A Asenjo, O Chubykalo-Fesenko,M Vázquez, E M González and J L Vicent, Nanotechnology 19 (2008) 285717
Proyectos: 1.- Desarrollo de un Microscopio de Fuerzas Magnéticas en Alto Vacío para obtención de imágenes de disipación magnética de alta resolución 2.- Procesos de imanación y transporte en nanoestructuras magnéticas, NAN2004-09183-C10-04, 3.- Magnetotransporte en nano y microhilos magnéticos MAT2007-65420-C02-01.
3. Caracterización estructural y propiedades de materiales tipo perovskita en capas obtenidos por métodos mecanoquímicos
Se aplicaron métodos mecanoquímicos para la preparación de diversos óxidos tipo perovskita en capas: la serie Sr2[Srn-1TinO3n+1], con n=1-4 e ∞, y el material ferroeléctrico Bi4SrTi4O15. Mientras que las fases SrTiO3 y Sr2TiO4 se obtuvieron durante el tratamiento mecánico, para las correspondientes a n=2-4 y Bi4SrTi4O15, fue necesario realizar un tratamiento térmico posterior. Se realizó un estudio estructural detallado de todas las fases con n=2-4, mediante técnicas de microscopía electrónica. Se comprobó que en la muestra con n=2 predomina una estructura Sr3Ti2O7 única y ordenada, con una pequeña participación de intercrecimientos con otras fases de n superior. Para n=3 y 4, los intercrecimientos son más frecuentes, dando lugar a desordenes de apilamiento en la secuencia de capas. Estudios microestructurales de cerámicas de Bi4SrTi4O15, preparadas a partir de diferentes precursores mecanoactivados, demostraron la influencia del método de síntesis en los tamaños de partícula que, a su vez, influyen en las propiedades dieléctricas y piezoeléctricas del material.
1. T. Hungria, I. MacLaren, H. Fuess, J. Galy, A. Castro, Materials Letters, 62, 3095–3098 (2008).
2. P. Ferrer, M. Algueró, A. Castro, J. Alloys Comp. 464, 252–258 (2008).
Proyectos: MAT2005-01304, MAT2007-61884
4. Dinámica de espín en nanomateriales
La línea se centra en el crecimiento, conformación y caracterización estructural, quími-ca y magnética de distintos sistemas simples nanoestructurados de interés desde el punto de vista de su comportamiento magnético dinámico. Los estudios dinámicos incluyen escalas temporales desde el orden de los ns (para la cual se desarrolla un TRMOKE) a escalas del orden de los millares de s. El objetivo fundamental es el de poder correlacionar la morfología y las interacciones entre nanoelementos con su comportamiento relaxacional
1. F. Pigazo, F.J. Palomares, F. Cebollada, J.M. González. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 320, (2008), 1966-1971
Proyectos: Dinámica y electrónica de espín en nanomateriales. MAT2007-66719-C03-01; Functionalisation of materials for high added value applications CSD2008 – 023
5. Espectroscopía Brillouin y mejora de la velocidad de propagación SAW en piezoeléctricos
Uno de los métodos que se muestran más prometedores a la hora de mejorar las prestaciones de láminas delgadas piezoeléctricas en su uso como sensores y filtros electromecánicos es la utilización de capas intermedias más rígidas que el substrato o la propia lámina delgada superior. En este contexto, como ejemplo, se ha estudiado la velocidad de propagación de las ondas acústicas de superficie (SAW en inglés) de láminas de ZnO sobre substratos de Si y la influencia de una capa intermedia con velocidades de propagación SAW mayores que las del substrato o la lámina de ZnO. La espectroscopía Brillouin de alta resolución (HRBS) se ha mostrado como una técnica de caracterización excelente. En el caso de una capa intermedia de Si3N4 se ha observado un evidente aumento de la velocidad de propagación SAW de la lámina de ZnO con respecto al valor en la lámina sobre substrato de Si simple. La influencia de esta capa intermedia también se ha simulado numéricamente, corroborando los resultados experimentales. Otros materiales con propiedades ferro-piezoeléctricas fueron estudiados.
1. R. Jiménez, T. Hungría, A. Castro, R. J. Jiménez Riobóo; Phase Transitions in Na1-xLixNbO3 solid solution ceramics studied by a new pyroelectric current based method Journal of Apllied Physics D, 41, 065408 (8pp) (2008)
Proyectos: Desarrollo de nuevos materiales para Spintrónica. (Ref.: MAT-2006-01004). Investigador principal: Dr. Carlos Prieto de Castro. A paritr de Octubre 2006.
6. Estabilización a altas presiones de óxidos metaestables
La alta presión es una herramienta extraordinariamente poderosa para la estabilización de óxidos metaestables. En particular: a) Hemos preparado, a alta presión de oxígeno, y estudiado nuevos miembros de la serie RFeMnO5 para R= Dy, derivado de DyMn2O5. Mientras que el compuesto de partida es antiferromagnético, en cambio DyFeMnO5 es ferrimagnético con TC= 178 K [1]. Las estructuras cristalinas y magnéticas se han estudiado por difracción de neutrones, en complemento con medidas de magnetización. La estructura contiene cadenas de octaedros MnO6 que comparten aristas, interconectadas por unidades dímeras FeO5 en coordinación de pirámide de base cuadrada. Por debajo de TC la subred de Fe está acoplada antiferromagnéticamente a la de Mn; los momentos magnéticos se orientan a lo largo del eje c, con la polarización de los momentos de Dy3+ paralelos a los de la subred de Fe. b) Se ha preparado bajo alta presión de oxígeno YGaMnO5, perteneciente a la misma familia estructural anterior, con el fin de simplificar y entender las interacciones que rigen el magnetismo de estos materiales [2]. Hemos observado un acoplamiento ferromagnético a lo largo de las cadenas de octaedros MnO6, con cierta coherencia tridimensional debido al importante grado de desorden entre Mn y Ga [2].
1. Martínez_Lope M J, Retuerto M, Alonso J A, Pomjakushin V, Journal of Solid State Chemistry. 181, 2155-2160, 2008
2. de la Calle C, Alonso J A, Martínez-Lope M J, García-Hernández M, Andre G, Materials Research Bulletin, 43, 197-206, 2008
Proyectos: DGYCIT, Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica, MAT2007-60536
7. Estudio de los modos de resonancia para la caracterización de materiales ferro-piezoeléctricos a partir de medidas de impedancia compleja en resonancia
La determinación de los coeficientes dieléctricos, elásticos y piezoeléctricos lineales de materiales policristalinos ferro-piezoeléctricos con pérdidas a partir de medidas de impedancia compleja en resonancia se fundamenta en el conocimiento de los modos de resonancia electromecánica de una geometría determinada, y para una relación de aspecto determinada que permite la excitación de modos no acoplados. Dicho conocimiento permite la aplicación de métodos iterativos automáticos, como el desarrollado en nuestro grupo (C. Alemany et al. Automatic iterative evaluation of complex material constants in piezoelectric ceramics. J. Phys. D: Appl. Phys. 27, 148 (1994)) en la resolución de la expresión analítica de la impedancia compleja para un modo concreto en función de los coeficientes del material. Las medidas de interferometría láser y la simulación mediante elementos finitos (FEA) son herramientas potentes y complementarias en el estudio de los modos de resonancia en nuevas geometrías no estandarizadas [1] de interés actual en la caracterización de cerámicas y con un gran potencial en la caracterización de láminas delgadas y gruesas.
1. L. Pardo, A. Garcia, F. Montero de Espinosa and K. Brebøl. Choosing the best geometries for the linear characterization of lossy piezoceramics: Study of the thickness poled shear plate. Applied Physics Letters 92, 172907 (2008).
Proyectos: 1) Procesado y Evaluación de las Propiedades de Nuevos Materiales Cerámicos Ferro-Piezoeléctricos y Conductores Iónicos, Submicro- y Nanoestructurados, Sintetizados por Métodos No Convencionales Financiado por el MEC (MAT2007-61884). IP: Alicia Castro.
2) Network of Excellence on Multifunctional and Integrated Piezoelectric Devices (MIND) CE (contrato NMP3-CT-2005-515757. duración 2005-2009). IP Español: Lorena Pardo.
8. Láminas delgadas nanoestructurados para espintrónica
Se han preparado multicapas de materiales transparentes de diversas familias del tipo TM-Transp (TM = Mn, Co, Ni, Fe; Transp = ZnO, SnO2, Si3N4) y se han estudiado sus propiedades magnéticas para determinar su carácter ferromagnético a temperaturas superiores a 400K [1-3]. Por otro lado, se han preparado láminas nanoestructuradas de hierro parcialmente oxidado y se han determinado sus características microestructurales y sus propiedades magnéticas que presentan exchange-bias lo que les hace especialmente interesantes para su aplicación como materiales para registro magnético de alta densidad.
1. E. Céspedes, G. R. Castro, F. Jiménez-Villacorta, A. de Andrés and C. Prieto, Mn local order in room-temperature ferromagnetic Mn/ZnO multilayers, J. Phys. Condens. Matter.,20, 095207 (2008).
2. E. Céspedes, Y. Huttel, A. de Andrés, M. Vila, N. D. Telling, G. van der Laan, and C. Prieto, X-ray absorption and magnetic circular dichroism characterization of a novel ferromagnetic MnNx phase in Mn-Si3N4 multilayers, Appl. Phys. Lett., 93 252506 (2008).
3. A. Traverse, T. Girardeau, C. Prieto, D. de Sousa-Menenses and D. Zanghi, Metallic nanoparticles detected by infrared spectroscopy Europhys. Lett., 81, 47001 (2008).
Proyectos: MAT2006-01004 (DGI-MEC) Desarrollo de nuevos materiales para spintronica
9. Magnetorresistencia colosal en doble perovskitas
Hemos diseñado, sintetizado y estudiado nuevas dobles perovskitas explorando la posible existencia de nuevos materiales ferromagnéticos y semimetálicos. Se ha preparado y descrito [1] la estructura y comportamiento magnético de la serie de posición Sr2B’ReO6 (B’= Ni, Co y Zn). La estructura cristalina es tetragonal, I4/m, y se observa una transición estructural a monoclínica, grupo espacial P21/n, a baja temperatura. Se ha observado orden magnético por debajo de TN= 30 K para Ni y TN= 57 K para Co, y se han resuelto sus estructuras magnéticas por difracción de neutrones (DN). En colaboración con la Universidad Nacional de S. Luis, en Argentina, se han descrito las fases A(In2/3B’’1/3)O3 (A= Ba, Sr; B’’= W,U) [2], cuya estructura se ha estudiado por DN; las perovskitas de Sr son monoclínicas, de grupo espacial P21/n, presentando un desorden parcial de In y B’’, mientras que las fases con Ba son cúbicas Pm-3m, presentando un desorden total de ambos cationes. Las nuevas perovskitas hexagonales Ba2FeSbO6 y Ba2CoSbO6 (politipos 6H), se han investigado por DN y espectroscopía Moessbauer en colaboración con la Academia de Ciencias de Bulgaria [3], elucidando el orden magnético y averiguando el origen del distinto grado de orden estructural en función de la naturaleza química de los distintos cationes B.
1. Retuerto M, Martínez-Lope M J, García Hernández M, Fernández-Díaz M T, Alonso J A, European Journal of Inorganic Chemistry, 588-595, 2008
2. Larrégola, S A, Alonso, J A, Pinacca, R M, Viola, M C, Pedregosa, J C., Journal of Solid State Chemistry, 181, 2808-2813 (2008)
3. Retuerto M, Alonso J A, Martínez-Lope M J,García-Hernández M, Krezhov K, Spirov I, Ruskov T, Fernández-Díaz M T, European Journal of Inorganic Chemistry, 2266-2294, 2008
Proyectos: DGYCIT, Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica, MAT2007-60536
10. Magnetorresistencia colosal en perovskitas derivadas de CaCu3Mn4O12
La perovskita CaCu3Mn4O12 es uno de los raros ejemplos de óxido ferrimagnético (con Tc= 345 K) y semimetálico, con magnetorresistencia colosal considerable a temperatura ambiente, y una estabilidad térmica comparable a la de los mejores óxidos magnetorresistivos. Se han preparado distintos derivados, dopados en las subredes de Ca, Cu y Mn, a presiones moderadas de 2 GPa con KClO4 como agente oxidante. Hemos estudiado el efecto del dopaje electrónico doble al introducir Th4+ en vez de Ca2+, con lo que se observa un incremento sustancial de TC hasta 370 K [1]. Un comportamiento semiconductor se puede correlacionar con la aparición de un gap en la banda de conducción para la valencia mixta ~50%Mn3+/50%Mn4+ que existe en la subred B de esta perovskita. En la segunda serie se reemplaza progresivamente Cu2+ por Mn3+ en LaCu3Mn4O12 lo que, por el contrario, induce una reducción de TC y, finalmente, una destrucción del ferrimagnetismo del sistema [2]. Por difracción de neutrones a baja T se observa un acoplamiento ferromagnético de Cu y Mn, en contraste con el acoplamiento ferrimagnético descrito para LaCu3Mn4O12.
1. Sánchez-Benítez J, Martínez-lope M J, Alonso J A, Zeitschrift fur Naturforschung Section B-A Journal of Chemical Sciences, 63,655-660, 2008
2. Muñoz A, Martinez-Lope M J, Retuerto M, Falcón H, Alonso J A, Journal of Applied Physics, 104, 083911, oct 2008
Proyectos: DGYCIT, Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica, MAT2007-60536
11. Materiales y heteroestructuras con aplicaciones en espintrónica
Con objeto de optimizar las propiedades magnetorresistivas de nuevos materiales y heteroestructuras. Se han explorado un buen numero de materiales en volumen, muy especialmente óxidos de metales de transición, y se ha caracterizado su respuesta magnetorresistiva y, en algunos casos, electrorresistiva. También se ha iniciado el estudio de materiales multiferroicos en volumen y de heteroestructuras que combinan órdenes antagónicos. Hemos explorado nuevos efectos que puedan contribuir a maximizar la respuesta magnetorresistiva de heteroestructuras nanométricas. En particular se ha estudiado a fondo la interacción entre los grados de libertad de un ferromagneto magnetorresistivo y los de un superconductor de alta temperatura que conforman heteroestructuras nanométricas, para determinar su viabilidad para una nueva generación de dispositivos del tipo válvula de spin.
1. N. Nemes. M. Garcia-Hernandez, C. Visani,V. Peña, Z. Sefioui, D. Arias, C.León, J. Santamaria, A. Hoffmann, S. Te Velthuis, Phys. Rev. B. 78,094515, (2008)
2. J.F. Sierra, V.V. Ptyadun, F. Aliev,S.E. Russek, M. Garcia-Hernandez, E. Snoeck, V. Metlushko. Appl. Phys Lett. 93,172510, (2008)
3. N. Biskup,A. Andres,M. Garcia-Hernandez, Phys. Rev. B, 78, 184435, (2008)
Proyectos: MAT2005-06024-C02-01 (DGI-MEC) Nuevos Materiales y Procesados para el transporte dependiente de Spin, IP M. Garcia Hernandez
12. Microhilos magnéticos bifásicos
Se ha desarrollado una nueva familia de microhilos magnéticos constituidos por distintas capas (magnéticas, aislante, metálico). Su carácter magnético puede ser mono o bifásico magnéticamente. En este caso, se estudian las interacciones que dan lugar a efectos de acoplamiento bias magnetostático, y de acoplamiento magnetoelástico debido a las tensiones generadas por los distintos coeficientes de expansión térmica. Asimismo, se ha estudiado el proceso dinámico de inversión de la imanación en aquellos hilos con estructura monodominio involucrando una única pared dominio. Los estudios aplicados realizados en paralelo han cristalizado en el desarrollo de un sensor multifuncional basado en las propiedades de dichos microhilos bifásicos multicapa.
1. Multilayer Systems magnetostatically coupled: magnetization profile and local volumen domain structure, J. Torrejon, L. Kraus, G. Badidni-Confalonieri and M. Vazquez, Acta Materialia 56, 292-298 (2008)
2. Nanocrystalline glass-coated FeNiMoB microwires, E. Komova, R. Varga, P. Vojtanik, J. Kovac, M. Provencio and M. Vazquez, Appl. Phys. Letter 93, 062502 (3pp) (2008)
3. Single-wall dynamics and power law in bistable magnetic microwires, R. Varga, J. Torrejon, Y. Kostik, K. García, G. Infante, G. Badini and M. Vazquez, J. Phys.: Condens. Matter 20, 445215 (5pp) (2008)
Proyectos: 1.- Magnetotransporte en nano y microhilos magnéticos MAT2007-65420-C02-01. Octubre 2007- Septiembre 2010. Importe 346 k€, Investigador Principal: Vázquez Villalabeitia, M, Investigadores: Batallán, F.; A.;Asenjo, A.; Badini G.; M. Hernandez-Velez. 2.- Development of low noise magnetometer core material Contrato con Quantec Geotec, Montreal (Canada). Junio 2007- Mayo 2008 Importe: 59 k€ Investigador Principal: M. Vazquez Villalabeitia, Investigadores: G. Badini. 3.- Provisión de materiales microhilos obtenidos mediante técnicas de enfriamiento ultrápido. Univ. Publica de Navarra, 01-10-08 al 30-09-10, Importe 60.000€, Investigador Principal:Vázquez Villalabeitia, Manuel, Investigadores: Badini Confalonieri, Giovanni,Personal de apoyo: Jacas, Alfredo
13. Nuevos materiales cerámicos ferroeléctricos con muy alta piezoelectricidad: texturación y perovskitas de bajo factor de tolerancia
Existe un gran interés en el desarrollo de nuevos materiales cerámicos piezoeléctricos con d33 > 1000 pC N-1. Estos valores sólo se han alcanzado con cerámicas texturadas del sistema Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 en el entorno de la frontera entre las fases ferroeléctricas romboédrica y tetragonal (MPB), preparadas por técnicas de templated grain growth (TGG). En el ICMM, se está estudiando la preparación de los materiales por TGG, a partir de polvo nanocristalino obtenido por mecanosíntesis. En 2008, se han estudiado los efectos de un número de parámetros de la preparación en la orientación inicial y crecimiento de las plantillas, y se han preparado materiales texturados con un factor de lotgering de 0.8. También existe un gran interés en el desarrollo de cerámicas piezoeléctricas que mantengan los coeficientes altos entre 200 y 400ºC. En el ICMM, se están considerando soluciones sólidas del tipo BiMO3-PbTiO3 con MPB y bajo factor de tolerancia. En el 2008, se han estudiado las propiedades funcionales de materiales cerámicos del sistema BiScO3-PbTiO3 preparados a partir de polvo nanocristalino obtenido por mecanosíntesis, que mantienen la actividad electromecánica hasta 400ºC.
1. Homogeneous templated grain growth of 0.65PbMg1/3Nb2/3O3 –0.35PbTiO3 from nanocrystalline powders obtained by mechanochemical activation, por H. Amorín, J. Ricote, J. Holc, M. Kosec y M. Algueró. Journal of the European Ceramic Society 28 2755-2763 (2008).
2. Stabilization of Low Tolerance Factor Perovskites by the Combination of Mechanosynthesis and Spark Plasma Sintering, por T. Hungría, M Algueró, H Amorín, J. Galy y A. Castro. Presentado en International Conference on Advanced Processing of Novel Functional Materials - APNFM2008, Dresden (Germany), 23-25 enero 2008.
Proyectos: MAT2007-61884, MAT2005-01304, NoE 515757-2
14. Óxidos conductores iónicos relacionados con las fluoritas
Se han preparado, por métodos químicos, cuatro nuevos óxidos con composiciones Bi10Mo3O24, Bi6Mo2O15, Bi14Mo5O36 y Bi8Mo3O21. Los cuatro óxidos presentan estructuras relacionadas, derivadas de la tipo fluorita, dando lugar a una nueva serie homóloga de fórmula general Bi2n+4MonO6(n+1). Se han utilizado diversas técnicas conducentes a resolver la estructura cristalina de la fase con n=3. Mediante difracción de rayos X de polvo y microscopía electrónica de alta resolución se ha podido establecer el orden catiónico de Bi y Mo, que ha permitido establecer ab initio un modelo estructural completo, basado en consideraciones cristaloquímicas. Se ha podido resolver la estructura completa de este material, estableciéndose la bondad del modelo, mediante refinamiento simultáneo por el método de Rietveld, de datos de difracción de polvo de rayos X y neutrones. La resolución de esta estructura establece las bases para la caracterización estructural de la familia de materiales conductores de oxígeno Bi2n+4MonO6(n+1).
1. J. Galy, J. Hernández-Velasco, A.R. Landa-Cánovas, E. Vila, A. Castro, J. Solid State Chem., en prensa.
2. J. Hernández-Velasco, A. Landa-Cánovas, E. Vila, J. Galy, A. Castro, Acta Cryst. A 64, C215 (2008).
Proyectos: MAT2007-61884
15. Perovskitas de níquel, RNiO3
El interés de las perovskitas RNiO3, que contienen Ni trivalente y se han de estabilizar a altas presiones de oxígeno, estriba en las transiciones metal aislante (MI) que experimentan, de implicaciones en el ámbito fundamental y aplicado. Hemos estudiado, por difracción de neutrones en combinación con espectroscopia Mössbauer en DyNiO3 dopada con 57Fe, la evolución de la estructura a través de la transición metal aislante, a TMI= 564 K [1]. Ambas técnicas muestran claramente que a RT, por debajo de TMI, existen dos posiciones para el Ni (y por lo tanto para el Fe observado por Mössbauer), de acuerdo con el efecto de desproporción de carga predicho para otros miembros de esta familia. En esta fase aislante, definida en el grupo espacial monoclínico P21/n, alternan octaedros expandidos (Ni3-d) y contraídos (Ni3+d) en las tres direcciones del espacio. Al aumentar la temperatura y atravesar TMI existe una reorganización estructural que conduce a un grupo espacial más simétrico, Pbnm, con un único sitio para el Ni, en el momento en que la fase entra en el régimen metálico. La evolución estructural de estas perovskitas se ha comparado con las de V3+: un estudio por difracción de neutrones de la serie completa de óxidos RVO3 (no absorbentes) muestra una distorsión sutil de los octaedros VO6 desde La hasta Tb, que luego decrece suavemente para los últimos miembros de la serie.
1. Alonso J A, Martínez-Lope M J, Demazeau G, Fernández-Díaz M T, Presniakov I A, Rusakow V S, Gubaidulina T V, Sobolev A V, Dalton Transactions, 6584-6592, 2008
2. Martínez-Lope M J, Alonso J A, Retuerto M, Fernández-Díaz M T,Inorganic Chemistry, 47,2634-2640, 2008
Proyectos: DGYCIT, Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica, MAT2007-60536
16. Photo-chemical solution deposition (PCSD) para la preparación de láminas delgadas ferroeléctricas a bajas temperaturas compatibles con la tecnología del silicio
Los ferroeléctricos son materiales de alta constante dieléctrica alternativos al SiO2 en la industria microelectrónica. Estos presentan un amplio rango de propiedades útiles en dispositivos (memorias FeDRAM y NVFeRAM, MEMS,...). Estas aplicaciones requieren la fabricación del ferroeléctrico a temperaturas compatibles con la tecnología del Si (<500ºC). El grupo ha diseñado e instalado un prototipo de laboratorio para la irradiación de láminas con UV y su cristalización a temperaturas compatibles con la tecnología del Si. Para ello, en un mismo equipo se ha ensamblado una lámpara de excímero de UV de (l=222nm, ~22 J/cm2) y un sistema de calentamiento con IR. La puesta en marcha de este equipo unido al depósito químico de disoluciones ( Chemical Solution Deposition, CSD), ha permitido disponer de una nueva técnica de preparación ( PhotoChemical Solution Deposition, PCSD), altamente competitiva en el campo de los ferroeléctricos con aplicaciones en microelectrónica. Los materiales procesados con PCSD presentan un comportamiento ferroeléctrico bien definido, que garantiza su uso integrados en dispositivos.
1. I.Bretos, R.Jiménez, J.García-López, L.Pardo and M.L.Calzada. PhotoChemical Solution Deposition of lead-based ferroelectric films: Avoiding the PbO-excess addition at last. Chemistry of Materials, 20 (2008) 5731-5733.
2. I.Bretos, R.Jiménez, E.Rodríguez-Castellón, J.García-López and M.L.Calzada. Heterostructure and composicional depth profile of low-temperature processed lead titanate-based ferroelectric thin films prepared by Photochemical Solution Deposition. Chemistry of Materials, 20 (2008) 1443-1450.
Proyectos: 1) MAT2007-61409. Nanoferroeléctricos para dispositivos integrados. Métodos de depósito químico de disoluciones de bajo coste energético y nanocaracterización eléctrica. IP: M.L.Calzada; 2) NMP3-CT-2005-515757. Network of Excellence on Multifunctional and Integrated Piezoelectric Devices. IP Español: Lorena Pardo. 3) 2007PT0002(CSIC-FCT) Procesado de láminas delgadas ferroeléctricas a baja temperatura ( Low-temperature processing of ferroelectric thin films ). IP Español: M. Lourdes Calzada
17. Procesado y propiedades de cerámicas piezoeléctricas submicro- y nanoestructuradas (PZN-PT y PMN-PT)
Se han aplicado métodos no convencionales de síntesis (mecanosíntesis) y sinterizado (prensado en caliente, HP, o spark plasma sintering, SPS) para procesar cerámicas piezoeléctricas submicro- o nanoestructuradas. Mediante la técnica de SPS se ha conseguido la estabilización de la fase perovskita de 0.92PbZn1/3Nb2/3O3–0.08PbTiO3 (PZN–PT), así como el control del crecimiento de grano hasta los 15-20 nm. Esta reducción de tamaño redunda en un comportamiento eléctrico tipo relaxor. Se ha explicado la transición pirocloro-perovskita en esta fase mediante la teoría de infinite periodic minimal surface. Además, se han procesado por HP cerámicas nanoestructuradas de perovskitas 0.8PbMg1/3Nb2/3O3–0.2PbTiO3 (PMN-PT), con tamaños de partícula entre 0.36 mm y 88 nm. Estudios sobre la evolución de las propiedades desde el tamaño submicrónico hasta la nanoescala, indican que el principal efecto es el desplazamiento de la transición a menores temperaturas, a medida que el tamaño de grano disminuye, así como la ralentización brusca de su cinética por debajo de los 0.36 mm. También se ha abordado el estudio de la estructura de dominios por piezoresponse force microscopy (PFM).
1. T. Hungría, H. Amorín, J. Galy, J. Ricote, M. Algueró, A. Castro, Nanotechnol. 19, 155609 (2008).
2. H. Amorín, J. Ricote, R. Jiménez, J. Holc, M. Kosec, M. Alguero, Scripta Materialia 58, 755–758 (2008).
3. T. Hungría, A. Castro, M. Algueró, J. Galy, J. Solid State Chem. 181, 2918–2923 (2008).
4. R. Jiménez, H. Amorín, J. Ricote, J. Carreaud, J.M. Kiat, B. Dkhil, J. Holc, M. Kosec, M. Algueró, Physical Review B 78, 094103 (2008).
Proyectos: MAT2005-01304, MAT2007-61884, CCG07-CSIC/MAT-1717
18. Spark plasma sintering para la síntesis y procesado de materiales
La técnica de Spark Plasma Sintering (SPS) aporta un método novedoso para la sinterización de materiales, con tres factores diferenciales de los métodos convencionales, los cuales contribuyen a mejorar los procesos de densificación: influencia de la corriente continua; altas velocidades de calentamiento; y aplicación simultánea de presión. Sin embargo, el SPS es una técnica potente no solo para la densificación de cerámicas, en algunos casos permitiendo la nanoestructuración, sino también para preparar diferentes tipos de materiales mediante procesos de reacción-sinterización in situ. Además de la obtención de cerámicas ferroeléctricas nanoestructuradas, se han estudiado dos ejemplos de aplicaciones de esta técnica: la síntesis ultrarrápida de óxidos tipo bronce MxV2O5 (M=Cu and Ag), cuyas estructuras y propiedades eléctricas son de interés para aplicaciones como materiales de electrodo en baterías de litio; y la densificación de cermets de WC-Co, con microestructura (nanoestructuración) y propiedades mecánicas mejoradas (dureza y tenacidad a la fractura).
1. J. Galy, M. Dolle, T. Hungria, P. Rozier, J.-Ph. Monchoux, Solid State Sciences 10, 976-981 (2008).
2. V. Bonache, M. D. Salvador, D. Busquets, T. Hungría, A. Castro, X Congreso Nacional de Materiales, ISBN:978-84-608-0768-1, 545-548 (2008).
3. V. Bonache, M.D. Salvador, V. Amigó, J.C. García, T. Hungría, Libro de Abstracts XI Congreso nacional de Tratamientos Térmicos y de Superficie, Tratermat 2008 Ed. Universidad Politécnica de Valencia, 387-397 (2008).
Proyectos: MAT2007-61884
19. Superficies de STO con funcionalidad mejorada para el depósito de nanopartículas ordenadas. Análisis de diferentes tratamientos químicos y térmicos de STO
Las nanoestructuras de materiales ferroeléctricos despiertan gran interés para fabricar memorias no volátiles de alta densidad. Intentando obtener superficies de STO adecuadas para producir distribuciones periódicas de nanopartículas ferroeléctricas de PbTiO3 por métodos de bajo coste (como el de depósito mediante disolución química asistido por microemulsiones), hemos analizado diferentes tratamientos de substratos monocristalinos de SrTiO3(100). Se han investigado tratamientos con ataques químicos, bombardeo iónico y calentamiento en aire o en vacío. Hemos analizado la topografía, simetría cristalina y composición de las capas superficiales mediante Microscopía de fuerzas, Difracción de electrones y espectroscopía Auger. Una combinación adecuada de ataque químico (control del pH de la disolución tampón atacante) y calentamiento en aire a altas temperaturas(>900ºC)nos ha permitido producir superficies de STO con la estructura 1x1 del volumen del cristal y morfología suave, amplias terrazas mayoritariamente terminadas en TiO2 y escalones de varias celdas unidad de altura. Sobre estos substratos se han obtenido nanoestructuras ferroeléctricas ordenadas.
1. Influence of the substrate surface on the self-assembly of ferroelectric PbTiO3 nanostructures obtained by microemulsion assisted Chemical Solution Deposition. M.Torres, M. Alonso, L. Calzada and L. Pardo. 9th European Conference on Applications of Polar Dielectrics. Roma (2008); Ferroelectrics (2009).
Proyectos: MAT2007-61409 y MAT2004-05348-C04-02.
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