Investigación teórica y modelado atomístico de superficies e interfaces en ferritas tipo espinela basadas en óxidos complejos mediante cálculos de primeros principios

Las ferritas de Magnesio(MgFe2O4), Zinc(ZnFe2O4) y Titanio(TiFe2O4) poseen una estructura tipo espinela y pertenecen a la familia de los óxidos complejos. Estos materiales, así como los sistemas híbridos óxido–óxido u óxido–metal (con diferente estructura cristalina o simetría espacial), como es el caso de la Magnetita(Fe3O4) acoplada a un núcleo de hierro metálico, son de gran interés debido a sus propiedades magnéticas y electrónicas. Si bien los metales puros presentan aplicaciones tecnológicas relevantes, sus propiedades resultan actualmente limitadas frente al enorme potencial que ofrecen los óxidos complejos. Entre las décadas de 1930 y 1940, Kato y Takei (Japón) descubrieron las primeras ferritas de Zinc y Magnesio, destacando por sus excelentes propiedades magnéticas y su carácter eléctricamente aislante, lo que representó un avance revolucionario para aplicaciones en radiofrecuencia. Durante la década de 1950 se ampliaron sus aplicaciones en radares, transformadores de alta frecuencia y núcleos magnéticos, consolidando la idea de que los óxidos complejos podían competir con los metales en magnetismo, pero con ventajas eléctricas significativas. En la década de 1960, las ferritas dejaron de ser únicamente materiales funcionales para convertirse en sistemas modelo del magnetismo en sólidos, adquiriendo un rol fundamental en la física de materiales. A partir de los años 2000, la investigación en materiales dio un giro decisivo al comenzar a explotar no solo la carga del electrón, sino también su espín. Esta nueva línea, denominada espintrónica, utiliza el espín como variable de información, donde no solo importa si el electrón se transporta, sino con qué orientación de espín lo hace (arriba o abajo). En este contexto, las ferritas de Zinc, Magnesio, Titanio y la Magnetita, junto con sistemas híbridos, destacan frente a otros óxidos complejos debido a que constituyen aislantes magnéticos controlables. Esto implica que no conducen carga eléctrica, poseen orden magnético (ferromagnético, antiferromagnético o ferrimagnético) y que dicho magnetismo puede ajustarse mediante inversión catiónica entre sitios tetraédricos y octaédricos (que son los dos sitios espaciales que en conjunto forman una ferrita), defectos de oxígeno (agregar o quitar oxigenos cambia la estructura cristalina y por ende las propiedades), nanoestructuración (crecimiento de las muestras en laboratorio) o mediante el estudio de interfaces. En particular, el análisis de interfaces entre dos ferritas, como por ejemplo MgFe2O4/ZnFe2O4, representa un problema poco explorado desde el punto de vista teórico–simulacional y constituye un modelo fundamental para interfaces de óxidos complejos. Comprender estos sistemas permitiría inducir magnetismo sin dopaje (agregar o quitar atomos nuevos), preservar el carácter aislante y controlar propiedades como la anisotropía y la coercividad, aspectos clave en el desarrollo de dispositivos en la espintrónica de bajo consumo energético. Este enfoque apunta a un nuevo paradigma en magnetismo: pasar de materiales dados por la naturaleza a magnetismo diseñado mediante ingeniería de interfaces, esto representaria una nueva fisica de materiales magneticos). El presente estudio se desarrollará mediante cálculos de primeros principios basados en la Teoría de la Funcional de la Densidad (DFT), un formalismo de la mecánica cuántica formulado en la década de 1960 y galardonado con el Premio Nobel en 1998, cuya aplicación ha crecido exponencialmente debido a su capacidad para describir con alta precisión propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas de materiales complejos sin recurrir a parámetros empíricos. El equipo de investigación está conformado por el Dr. Hugo Harold Medina Chanduví, el Dr. Leonardo Antonio Errico (Ambos miembros Doctores en Física por la Universidad Nacional de La Plata – Argentina) y el Dr. Fabian Dietrich (Doctor en Ciencias Naturales – Química y Física, Technische Universität Kaiserslautern, Alemania),