Uma equipe de pesquisa, liderada pelos professores Hyeon Han e Donghwa Lee, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Pohang University of Science and Technology (POSTECH), em colaboração com o grupo do professor Sang Ho Oh, do Korea Institute of Energy Technology (KENTECH), desenvolveu uma nova estratégia para controlar simultaneamente as propriedades eletrônicas e magnéticas de filmes finos de óxido através de um processo conhecido como exsolução. Os resultados do estudo foram publicados na revista Advanced Materials.

A exsolução é um processo em que íons metálicos inseridos em um cristal de óxido migram para a superfície em condições redutoras e se precipitam como nanopartículas metálicas. Essas nanopartículas, por estarem parcialmente ancoradas na rede do óxido, apresentam maior estabilidade térmica e química em comparação com as depositadas por métodos convencionais. Essa característica faz com que a exsolução tenha atraído considerável atenção em aplicações relacionadas à energia, como catálise, células de combustível e eletrólise. No entanto, os efeitos da exsolução nas propriedades eletrônicas e magnéticas intrínsecas dos materiais óxidos ainda eram pouco compreendidos.

Defeitos e mudanças estruturais

Para investigar essa questão, a equipe focou no composto de titanato perovskita La0.2Sr0.7Ni0.1Ti0.9O3-δ, conhecido por promover a exsolução de cátions B em nanopartículas metálicas. Utilizando uma combinação de caracterização experimental abrangente e cálculos de teoria funcional de densidade, os pesquisadores identificaram múltiplos tipos de defeitos nesse material, que, em seu estado puro, se compensam eletricamente, resultando em um estado isolante.

Transformações magnéticas

Após a exsolução, formaram-se nanopartículas de níquel dentro e na superfície do filme, levando a uma mudança significativa na estrutura eletrônica. O filme, que inicialmente apresentava comportamento quase diamagnético, passou a exibir superparamagnetismo à temperatura ambiente, decorrente das interações entre as nanopartículas de níquel recém-formadas. Essa transformação demonstra que a exsolução não apenas gera nanopartículas metálicas, mas também pode modificar fundamentalmente a estrutura eletrônica da matriz de óxido.

"Este estudo mostra que a exsolução pode ir além da formação de nanopartículas e atuar como uma rota versátil para controlar simultaneamente propriedades eletrônicas e magnéticas em filmes finos de óxido", afirmou o professor Han, ressaltando que essa abordagem pode abrir novas estratégias de design para dispositivos eletrônicos e spintrônicos funcionais.