Nanoscale phase separation in double exchange systems of electrons

Abstract

El fenómeno de la magnetorresistencia colosal (CMR) atrajo la atención de la comunidad científica a mediados de los noventa. Consiste en una gran disminución (del orden de un factor 10000 a 77K) de la resistividad eléctrica de determinados materiales al aplicarles un campo magnético externo relativamente pequeño (de unas 6 T). El fenómeno presenta importantes aplicaciones tecnológicas. Los compuestos típicos con CMR son perovskitas de manganeso RE_(1-x)AE_xMnO3, donde RE es una tierra rara y AE un alcalinotérreo. El dopado x permite preparar compuestos con diferente número de electrones en la banda de conducción sin variar la estructura cristalina del material. La dinámica de los electrones de conducción, que determinan las propiedades magnéticas y eléctricas del material, viene dada por la competición entre un término de energía cinética, que tiende a deslocalizar los electrones, y un término de interacción electrostática, que tiende a localizarlos (modelo de doble intercambio, DE). Cuando la energía cinética domina, el estado fundamental es metálico y con orden ferromagnético (FM). Cuando la interacción electrostática domina, el estado fundamental es aislante y con orden antiferromagnético (AF). La competición se resuelve con la estabilización de estados fundamentales inhomogéneos, con regiones FM metálicas y regiones AF aislantes. Esto se conoce como separación de fases electrónica. El tamaño de las regiones es del orden de nanómetros. En la tesis se estudian diversos aspectos de la separación de fases en el modelo DE. Nuestro interés fundamental está en la competición entre las fases FM y AF. Los resultados de la tesis son los siguientes. En el primer capítulo, demostramos que en los estados separados todos los portadores de carga se encuentran en las regiones FM. En el segundo, calculamos el diagrama de fases en el plano T-H en la aproximación de campo medio para diferentes valores