Solid-State Magneto-Ionic Modulation of Magnetic Order and Interfacial Coupling in Transition-Metal Oxides and Nitrides

La Tesi doctoral es centra en l'estudi i desenvolupament de noves estructures magneto-iòniques totalment sòlides, amb l'objectiu d’evadir les limitacions dels electròlits líquids utilitzats tradicionalment en aquest camp. Els materials magneto-iònics, els quals permeten modificar les seves propietats magnètiques mitjançant l'aplicació de camps elèctrics, són clau per millorar l'eficiència energètica en dispositius espintrònics degut a que eviten les pèrdues per escalfament Joule gràcies a l’absència de corrents elèctrics. La investigació d’aquesta Tesi s'ha enfocat en l'ús de dues espècies iòniques diferents: oxigen i nitrogen. Mentre que el primer s’utilitza de forma més regular, el darrer ha estat menys explorat, però s’han demostrat resultats prometedors en estudis previs utilitzant electròlits líquids. El repte principal ha estat traslladar aquests materials a configuracions completament sòlides, aptes per a la seva integració en dispositius electrònics contemporanis, evitant problemes com la degradació i les filtracions dels electròlits líquids. S'han investigat els canvis induïts per voltatge en dues propietats magnètiques funcionals: el moment magnètic i la polarització de bescanvi. Els resultats demostren modificacions significatives a temperatura ambient en el moment magnètic, per exemple assolint increments fins al 110% per als nitrurs, i mostrant una dependència amb el voltatge i el temps d'exposició en els òxids (fent servir zircònia estabilitzada amb òxid d’itri molt prima com a electròlit sòlid). Addicionalment, s'ha observat una modulació de la polarització de bescanvi de fins a un 30% a 100 K en els sistemes de nitrurs que ha permès localitzar l'origen d'aquests efectes en les alteracions de les propietats antiferromagnètiques del nitrur ternari, Mn1-xCoxN, degudes a la incorporació de cobalt. De forma similar, s’han estudiat els canvis provocats per voltatge en les propietats antiferromagnètiques de la perovskita La1-xSrxFeO3 dopada amb estronci, revelant una correlació entre les propietats magnètiques i de transport. Aquests canvis, associats al canvi en la quantitat d’oxigen dintre el material, s’han aprofitat per crear una plataforma multiestat (highthroughput) que permet explorar la relació entre el transport electrònic i el comportament magnètic en diversos estats d’oxidació, simultàniament. Mitjançant tècniques avançades d'absorció i microscòpia, s'han pogut determinar i caracteritzar els canvis estructurals i químics provocats pel moviment iònic dins dels materials estudiats, així com els magnètics mitjançant l’ús de dicroisme. En conjunt, aquesta Tesi no només demostra la viabilitat d'estructures magneto-iòniques totalment sòlides, establint una base per a la futura millora d’aquests sistemes, sinó que també aporta una comprensió fonamental dels mecanismes subjacents, obrint noves vies per al disseny de dispositius espintrònics més eficients i pràctics.