Solución al misterio del óxido de hierro en cuatro dimensiones

   MADRID, 14 Abr. (EUROPA PRESS) -

   Un grupo internacional de investigadores, entre ellos científicos rusos de la Universidad Estatal de Moscú, ha estado estudiando el comportamiento del óxido de hierro Fe4O5 recientemente descubierto.

   El grupo ha tenido éxito en la descripción de su estructura compleja, y propone una explicación de sus propiedades muy inusuales. El artículo se ha publicado revista Nature Chemistry.

   Los científicos descubrieron que cuando el óxido de hierro Fe4O5 se enfría a temperaturas por debajo de 150K, pasa por una transición de fase inusual relacionada con una formación de olas de densidad de carga que conducen a una estructura de cristal "de cuatro dimensiones". Artem Abakumov, uno de los autores del estudio, dijo que el estudio de este material podría contribuir a la comprensión de la interconexión entre las estructuras magnéticas y cristalinas.

   Los orígenes de esta investigación se remontan a 1939, cuando el físico alemán E.J.W. Verwey descubrió que el óxido de hierro Fe3O4, comúnmente conocido como el mineral de magnetita, tenía una transición de fase extraña. La magnetita en su estado normal es un relativamente buen conductor eléctrico, pero cuando se enfría por debajo de 120K su conductividad disminuye notablemente, y el material se convierte prácticamente en un aislante.

   Los científicos descubrieron que por debajo de 120K, los átomos de hierro se organizan en una especie de estructura ordenada. En esta estructura, los electrones no pueden moverse libremente dentro del material y actúan como portadores de carga, y el óxido incluso se convierte en un ferroeléctrico. Pero los científicos no podían explicar los cambios en la estructura exactamente, aspecto que ha sido estudiado en el último siglo.

   Los investigadores supusieron que el fenómeno se relaciona con la presencia de átomos de hierro en dos estados de oxidación diferentes (valencias) -dos y tres-, y su consiguiente capacidad para formar estructuras ordenadas.

   La respuesta a esta pregunta fue descubierta en 2012, cuando un grupo de investigadores dirigido por el profesor Paul Attfield de la Universidad de Cambridge sintetizó nanocristales de magnetita de alta calidad y descifró su estructura. Los científicos demostraron que, como se ha sugerido antes, se había producido un denominado cambio en el ordenamiento, en el que átomos de hierro bi y trivalentes se acomodaron en grupos de tres, que fueron llamados trimerones.

   Los autores del artículo decidieron estudiar diferentes óxido de hierro, Fe4O5, que sólo recientemente ha sido descubierto por un equipo de investigación estadounidense. Es un óxido inusual, que sólo puede ser formado a temperaturas extremadamente altas y una presión que no se encuentra en la superficie de la Tierra. Coexiste con otros óxidos que contienen mayores niveles de oxígeno, como ahora se cree, a enormes profundidades de cientos de kilómetros por debajo de la superficie de la Tierra.

   Al examinar el comportamiento de este óxido, los científicos descubrieron que tiene una fase de transición de fase muy similar a la observada por Verwey en la magnetita. Se diferencia, sin embargo, en que ocurren a diferentes temperaturas, y la configuración de la estructura obtenida es mucho más compleja.

   Hemos encontrado que aquí, al igual que en la magnetita, cuando se enfría por debajo de 150K, una estructura inusual evoluciona. Es algo así como una mezcla entre las ondas de densidad de carga estándar de formación de dímeros", dijo Artem Abakumov.