Estudio de las propiedades estructurales y electrónicas del ZnO:Cu por espectroscopia de absorción rayos X

Abstract

Hoy en día, se están llevando a cabo muchos estudios tanto teóricos como experimentales por diversos grupos de investigadores con el fin de entender el fenómeno del ferromagnetismo a temperatura ambiente reportados en sistemas semiconductores, tal como el TiO2 (Sangaletti et al., 2009), ZnO (Buchholz et al., 2005) y SnO2 (Rahman et al., 2008), cuando estos se dopan con un porcentaje pequeño de iones de metales de transición (V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni y Cu). Desde el punto de vista tecnológico, estos semiconductores magnéticos diluidos (por sus siglas en inglés DMS) se han convertido en materiales ideales para la espintrònica debido a sus posibilidades de ser integrados dentro de los dispositivos microelectrónicos. Algunos de estos DMS que han tomado gran interés son los basados en ZnO dopados con iones de metales de transición (Fe, Cu, Co, etc) (Chen et al., 2012; Thangeeswari et al., 2015). Desde el punto de vista teórico es aún controversial el origen del ferromagnetismo en estos materiales. Trabajos recientes han reportado que el ferromagnetismo a temperatura ambiente en los DMS usando la teoría del punto medio señalan que la competencia entre la interacción de intercambio del ferromagnetismo y el antiferromagnetismo tiene un fuerte impacto en el estado magnético de los DMS, revelando que los portadores de carga en los DMS basados en ZnO dopados con metales de transición pueden influir en las propiedades ferromagneticas de estos compuestos. Por esta razón muchos grupos están investigando el papel que juega los iones de metales de transición en las propiedades ferromagnéticas de los semiconductores basados en ZnO. Sin embargo, uno de los problemas que presentan es que, dependiendo de la forma de doparse, los metales de transición pueden segregarse y formar precipitaciones magnéticas y los cúmulos magnéticos o impurificaciones contribuyen al magnetismo, mientras otros creen que la propiedad magnética es intrínseca (Sharma et al., 2012). Por lo que es necesario continuar investigando estos DMS con el interés de conocer el mecanismo magnético aun sin esclarecer. En el caso particular del ZnO dopado con Cu, recientemente algunos resultados teóricos indican que la energía del estado ferromagnético es menor que el estado antiferromagnético. Trabajos usando cálculos de primeros principios basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT) revelan que la sustitución del Cu a ciertas concentraciones favorece al estado base ferromagnético. No obstante, el Cu y sus óxidos son no-magnéticos de tal forma que no pueden contribuir al ferromagnetismo, indicando entonces que existen otros mecanismos en el cual se da el ferromagnetismo. Por lo que en esta propuesta de tesis tiene como objetivo entender el papel que juega el dopamiento con Cu, en el sistema ZnO, en el ambiente local de Zn utilizando la técnica de espectroscopia de estructura fina de absorción de rayos X.