The Electronic Structure of the Magnetite Fe3O4 (100) Surface: Implications for the Fabrication of Fe3O4 Nanoparticles

Abstract

LaMagnetite (Fe 3O4)es un fascinante óxido metálico de transición ferrimagnético (FiM) que muestra una transición de metal-aislante de primer orden (Verwey) a la temperatura TV ∼ 121 K por debajo de la cual el cristal cambia su simetría de estructura cúbica Fd3¯ m a una simetría ortormbica Pmca. Estudios recientes sugieren que el inicio de esta transición es un efecto del ordenamiento de carga que induce la formación de localización de electrones dentro de la red que sufre una distorsión de Jahn- Teller. El estudio de las superficies deFe 3O4 también es de interés científico, ya que tanto la carga como los efectos de ordenación orbital pueden estar presentes incluso a temperatura ambiente. Esos efectos, junto con las propiedades magnéticas de la superficie y la presencia de defectos como el oxígeno o las vacantes de hierro, podrían desempeñar un papel fundamental en la manipulación atómica de este material para aplicaciones tecnológicas interesantes como sensores, espintrónica, prensas de resonancia magnética ultrasensibles y aplicaciones biomédicas. Los cálculos de estructura electrónica utilizando la teoría de densidad funcional (DFT) brindan una herramienta poderosa para investigar las propiedades de las superficies deFe 3O4 (100) a nanoescala. Este estudio considerará todas las posibles terminaciones superficiales del hierro, incluidas las vacantes de oxígeno. Estos cálculos DFT serán capaces de predecir la estructura y energía de la superficie/interfaz, las propiedades magnéticas, la espectroscopía fotoelectrónica ultravioleta (UPS) y la microscopía de efecto tunel (STM). Los resultados obtenidos se discutirán a la luz de los datos experimentales disponibles. Experimentalmente, la síntesis de nanopartículas de magnetita (MNP) se realizó con el fin de correlacionar los datos experimentales y de simulación. La síntesis de MNP se llevó a cabo mediante un proceso químico húmedo y se caracterizó por microscopía electrónica de transmisión (TEM). Finalmente, los datos experimentales se compararon con los datos computacionales para comprender la orientación de las nanopartículas, la energía de los electrones en la superficie y su estructura atómica.