Efectos de proximidad en nanoestructuras de óxidos complejos

Resumen

Las propiedades de las películas delgadas de heteroestructuras epitaxiales de óxidos de metales de transición, como los cupratos superconductores y las manganitas ferromagnéticas, están siendo objeto de un intenso estudio a causa de las novedosas propiedades que aparecen debido a los fenómenos interfaciales entre capas de distintos materiales. Sin embargo, la dureza de estos óxidos, sus condiciones extremas de crecimiento en película delgada (alta temperatura) y su química compleja hacen que los procesos de nanoestructuración sean muy difíciles de lograr y, por tanto, que el diseño de nanodispositivos basados en estos materiales se haya convertido en un gran reto. Uno de los propósitos de esta tesis es poner la atención al efecto de la nanoestructuración en la modificación de las propiedades específicas de volumen del material cuando se reducen sus dimensiones para que sean comparables a las longitudes características de los fenómenos físicos objetos de estudio. En el primer experimento hemos diseñado y fabricado un sistema de grafeno de unas pocas capas de carbono sobre La0.7Sr0.3MnO3 (LSMO) nanoestructurado, previamente crecido de forma epitaxial sobre sustratos de SrTiO3. Estos dispositivos presentaban un efecto interesante de cambio de resistencia y un fenómeno de transporte histerético medido en las curvas de corriente-voltaje. Este comportamiento se ha explicado en términos de una modulación de la concentración de vacantes de oxígeno en la interfase de contacto grafeno-manganita mediante la aplicación de un campo eléctrico. El efecto del cambio de la resistencia eléctrica en estructuras de óxido de grafeno (GO) es una gran promesa para aplicaciones en dispositivos de memoria no-volátil. En el segundo experimento hemos investigado la utilidad del GO como barrera túnel combinándolo con electrodos ferromagnéticos de níquel (Ni) y manganita medio-metálica LSMO. Está nueva clase de dispositivos de unión túnel LSMO/GO/Ni presentan una magnetorresistencia túnel colosal cercana al 3000% y un comportamiento de tipo memristivo que muestra variaciones de resistencia de más de dos órdenes de magnitud, a baja temperatura. El signo del valor de la magnetorresistencia túnel cambia de positivo a negativo con el cambio del valor de la resistencia de la barrera de GO. El fenómeno del cambio de resistencia es explicado como un efecto producido por la creación de vacantes de oxígeno en las interfases entre el GO y los metales y su difusión a través de la capa de GO, que ocurre al aplicar altos campos eléctricos. En el tercer experimento se ha diseñado una matriz periódica de nanodots de manganita para modular de forma periódica la supresión de la superconductividad y crear un sistema artificial de anclaje de vórtices que se detecta en las medidas de magnetotransporte. Se ha descubierto un nuevo mecanismo de anclaje producido por un inusual efecto de proximidad magnético en una interfase de óxidos correlacionados. Trabajos teóricos y experimentales previos han mostrado la posibilidad de inducir correlaciones superconductoras en un material ferromagnético hasta largas distancias (efecto de proximidad de largo alcance). En el último experimento hemos investigado la posibilidad de inducir en uniones Josephson planares con barreras ferromagnéticas medio metálicas, fabricando una nueva clase de nanodispositivos planares YBa2Cu3O7/La0.7Ca0.3MnO3 para la generación y detección de supercorrientes de tripletes de espín. De la caracterización del magnetotransporte a muy bajas temperaturas hemos obtenido un interesante efecto Josephson (inusual), que perdura por encima de 10T de campo magnético aplicado en el plano de la muestra y por encima de 0.4T de campo magnético aplicado fuera del plano. Hemos interpretado estas evidencias como una prueba de la existencia de un efecto de proximidad de largo alcance, producido por correlaciones de tripletes con mismo espín.