Magnétite (Fe 3 O 4 ) est mieux connu sous le nom de minerai de fer magnétique, et est la source de l'aimant. Il a également un potentiel en tant que résistance à haute température dans l'électronique. Dans une nouvelle recherche menée par l'Université d'Osaka, publié dans Nano Letters, nanofils ultrafins en Fe 3 O 4 révéler un aperçu d'une propriété intrigante de ce minéral.

Lorsqu'il est refroidi à environ 120 K (−150 °C), la magnétite passe soudainement d'une structure cristalline cubique à une structure cristalline monoclinique. À la fois, sa conductivité chute brutalement :ce n'est plus un métal mais un isolant. La température exacte de cette unique "transition de Verwey, " qui peut être utilisé pour la commutation d'appareils électroniques, dépend des propriétés de l'échantillon, comme la taille des grains et la forme des particules.

La magnétite peut être transformée en films minces, mais au-dessous d'une certaine épaisseur - environ 100 nm - la transition de Verwey s'affaiblit et nécessite des températures plus basses. Ainsi, pour l'électronique à l'échelle nanométrique, préserver cette caractéristique clé de Fe 3 O 4 est un défi majeur. L'étude d'Osaka a utilisé une technique originale pour produire des nanofils de magnétite de seulement 10 nanomètres de longueur, qui avait un comportement exquis de Verwey.

Comme décrit par le co-auteur de l'étude Rupali Rakshit, "Nous avons utilisé des impulsions laser pour déposer Fe 3 O 4 sur un modèle de MgO. Nous avons ensuite gravé les dépôts en formes de fil, et enfin attaché des électrodes d'or de chaque côté afin que nous puissions mesurer la conductivité des nanofils."

Lorsque les nanofils ont été refroidis à environ 110 K (−160°C), leur résistance a fortement augmenté, conformément au comportement typique de Verwey. En comparaison, l'équipe a également produit Fe 3 O 4 comme un film mince avec une grande surface à l'échelle millimétrique. Sa transition Verwey n'était pas seulement plus faible, mais nécessitait des températures allant jusqu'à 100 K.

"Les nanofils étaient remarquablement exempts de défauts cristallins, " explique Azusa Hattori, responsable de l'étude. "En particulier, contrairement au film mince, ils n'étaient pas obsédés par des domaines d'antiphase, où le modèle atomique est soudainement inversé. Les limites de ces domaines bloquent la conduction dans la phase métallique. En phase isolante, ils empêchent la résistivité d'émerger, alors ils aplatissent la transition Verwey. »

Les nanofils étaient si vierges que l'équipe a pu étudier directement l'origine de la transition de Verwey avec une précision sans précédent. On pense que les propriétés isolantes de la magnétite en dessous de 120 K proviennent des structures répétitives "trimerons" dans le cristal à basse température. Les chercheurs ont estimé l'échelle de longueur caractéristique des trimérones, et il correspondait étroitement à la taille réelle selon les recherches précédentes.

« La transition Verwey a une multitude d'utilisations potentielles dans la conversion d'énergie, électronique et spintronique, " dit Hattori. " Si nous pouvons affiner la transition en contrôlant le nombre de défauts, on peut envisager de produire de très faible puissance, encore des appareils avancés pour prendre en charge la technologie verte."

L'article, "Le nanoconfinement tridimensionnel prend en charge la transition de Verwey dans Fe 3 O 4 Nanofil à l'échelle de longueur de 10 nm, " a été publié dans Lettres nano .