Relación entre la estructura cristalina y el orden magnético unidimensional en óxidos de cobre

Abstract

RESUMEN: Los óxidos de cobre son unos de los materiales más estudiados en física de la materia condensada ya que tienen un gran potencial para el análisis de muchos fenómenos con interés básico y aplicado, como superconductividad, la ferroelectricidad o el magnetismo. En los últimos años también hay mucho interés en los oxocupratos de baja dimensión (en particular los sistemas que forman cadenas de iones Cu2+) debido a sus peculiares propiedades magnéticas y su relevancia en el estudio de la superconductividad de alta temperatura. En este trabajo se analizará mediante simulaciones de primeros principios (que no usan parámetros ajustables) la relación entre la estructura cristalina, los constituyentes y el magnetismo quasi-unidimensional (cadenas) en tres de estos oxocupratos, CuAs2O4, CuSb2O4 y CuSb2O6. En primer lugar, se analizará si la estructura de estos tres compuestos (los dos primeros tetragonales, con grupo espacial P42/mbc y P42bc; el tercero monoclínico, grupo P21/n) tiene relación o no con una inestabilidad tipo Jahn-Teller. A continuación, se analizarán las diferencias en el orden magnético unidimensional de CuAs2O4, cadenas ferromagnéticas para T <7.4 K, y de CuSb2O4, cadenas antiferromagnéticas para T <1.8 K. En el caso de CuSb2O6 se analizará el orden antiferromagnético, que a T = 8.5 K pasa de una fase 3D a otra 1D. Además, en el caso del CuAs2O4 se ha realizado un estudio de su estructura electrónica, donde se han obtenido tanto las bandas de energía como la densidad de estados, y se ha estudiado la transición de fase bajo presión a 9.2 GPa la cual cambia el grupo espacial de simetría a P¯421c.

In this work, the relationship between the crystalline structure, the constituents and the quasi-one-dimensional magnetism (chains) in three of these oxocuprates, CuAs2O4, CuSb2O4 and CuSb2O6, will be analyzed by first principles simulations (which do not use adjustable parameters). First, it will be analyzed if the structure of these three compounds (the first two tetragonal, with spatial grouups P42/mbc and P42bc; the third monoclinic, group P21/n) is related or not to a Jahn-Teller instability. Next, the differences in the one-dimensional magnetic order of CuAs2O4, ferromagnetic chains for T <7.4 K, and of CuSb2O4, chains antiferromagnetic for T <1.8 K will be analyzed. In the case of CuSb2O6 the antiferromagnetic order will be analyzed, which at T = 8.5 K passes from one 3D phase to another 1D. In addition, in the case of CuAs2O4, a study of its electronic structure has been carried out, where both energy bands and the density of states have been tested, and also an analysis of the phase transition under pressure at 9.2 GPa which changes its space group of symmetry to P¯421c.