Une équipe de recherche a réussi à induire le ferromagnétisme, une propriété clé des aimants conventionnels, dans l'oxyde de vanadium pur, un composé non reconnu pour un tel comportement magnétique. Grâce à une série d'expériences, l'équipe a vérifié qu'en ajustant précisément l'état d'oxydation des ions de vanadium, ils pouvaient induire l'élément à se comporter magnétiquement.
La recherche est publiée dans la revue Matériaux fonctionnels avancés. L'équipe était dirigée par le professeur Chun-Yeol du Département de physique et de chimie de DGIST.
L'oxyde de vanadium (VO) est largement connu pour sa transition métal-isolant (MIT), un phénomène dans lequel sa conductivité électrique change considérablement en fonction de la température. Bien que ses propriétés électroniques aient été largement étudiées, ses propriétés magnétiques – en particulier la possibilité de ferromagnétisme – sont largement inexplorées. Le VO présente généralement un comportement antiferromagnétique ou paramagnétique, ce qui limite son application en tant que matériau magnétique.
Sans appliquer le dopage ou l'introduction de défauts structurels, l'équipe a étudié si l'oxyde de vanadium pur pouvait devenir ferromagnétique uniquement en faisant varier son état d'oxydation. Pour y parvenir, ils ont déposé des couches minces de vanadium métallique et a systématiquement ajusté la concentration en oxygène, produisant des couches minces avec des niveaux d'oxydation différents.
Les résultats ont révélé une tendance claire: des états d'oxydation plus faibles ont conduit à un comportement ferromagnétique plus fort, tandis que des états d'oxydation plus élevés l'ont diminué. Notamment, le ferromagnétisme a été observé lorsque les ions de vanadium dans différents états d'oxydation (par exemple, vanadium (III) et vanadium (IV)) coexistaient dans le matériau. Ce comportement ferromagnétique a émergé dans les régions localisés et était cohérent avec les prédictions de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT), renforçant la validité des résultats expérimentaux.
Auparavant, on croyait généralement que la réalisation du ferromagnétisme dans l'oxyde de vanadium nécessitait des facteurs extrinsèques, tels que le dopage chimique ou les imperfections structurelles. Cependant, cette étude démontre que les propriétés magnétiques peuvent être conçues par le contrôle d'oxydation seule, ce qui représente une percée significative dans la compréhension de l'oxyde de vanadium.
Professeur, vous avez remarqué: « Nous avons confirmé que l'état de valence mixte des ions de vanadium joue un rôle essentiel dans la génération du ferromagnétisme, et cette propriété peut être finement réglée en contrôlant les niveaux d'oxydation. Ces résultats pourraient fournir des principes de conception précieux pour développer des matériaux magnétiques avancés et aider à établir une plate-forme de matériaux fondamentale pour les appareils d'information de prochaine génération. »
