Magnetisch zuurstof gedraagt zich als overgangsmetaal

Onderzoekers van het Zernike Institute for Advanced Materials van de Rijksuniversiteit Groningen en van het Institute for Molecules and Materials van de Radboud Universiteit hebben een nieuwe type op zuurstof gebaseerd magnetisme ontdekt. Dit opent een interessant onderzoeksveld waarmee het magnetisch gedrag van zuurstof wordt bestudeerd en dat eventueel tot toepassingen binnen het veld van de spintronica leidt. Het onderzoek is gepubliceerd in het juninummer van Physical Review Letters.

Tot op heden werd bij magnetisme gebruik gemaakt van veel zware elementen als overgangsmateriaal, bijvoorbeeld ijzer, of bij zeldzame aardmetalen, bijvoorbeeld neodinium. De onderzoekers hebben nu het magnetisme van het veel lichtere element zuurstof bestudeerd in cesiumdioxide (CsO2), een ionogene vaste stof met dezelfde kristalstructuur als gewoon tafelzout.

In het onderzoek is aangetoond dat magnetische momenten van ongepaarde elektronen (de zogenaamde spins) van CsO₂ antiparallel gekoppeld kunnen worden tot een één-dimensionale spin-keten. Dit betekent dat de magnetische interacties tussen naburige moleculen alleen in één richting van de kristalstructuur voorkomen. Het mechanisme dat deze spin-keten veroorzaakt is tot dus ver alleen aangetoond voor overgangsmetaal verbindingen. Zuurstof kan zich dus als overgangsmetaal gedragen. Lichte elementen als zuurstof bieden bijzondere voordelen binnen de spintronica, omdat de 'omhoog' of 'omlaag' stand van de spins langer kan blijven staan.

De magnetische eigenschappen van superoxides als zuurstof zijn tot heden weinig bestudeerd. Een parallelle onderzoekslijn binnen het Zernike Institute wordt echter wel gevolgd onder leiding van prof. dr. Bart van Wees en is gebaseerd op koolstof (grafeen).

Het onderzoek werd gefinancierd door de Stichting FOM en een VIDI beurs van NWO-CW voor dr. Graeme Blake.

Referentie: Antiferromagnetic S = ½ Spin Chain Driven by p-Orbital Ordering in CsO₂, Syarif Riyadi, Baomin Zhang, Robert A. de Groot, Antonio Caretta, Paul H.M. van Loosdrecht, Thomas T.M. Palstra, and Graeme R. Blake. DOI: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.108.217206

Contact: dr. Graeme Blake