Phân tích cấu trúc của VO _x (Mẫu 1, 2, 3) với các trạng thái oxy hóa khác nhau được tiến hành bằng cách sử dụng các mẫu nhiễu xạ điện tử (EDP) và kính hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao (HR-TEM). Tín dụng: Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202422966

Một nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc tạo ra tính sắt từ, một tính chất quan trọng của nam châm thông thường, trong oxit vanadi tinh khiết, một hợp chất trước đây chưa được công nhận về hành vi từ tính như vậy. Thông qua một loạt các thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã xác minh rằng bằng cách điều chỉnh chính xác trạng thái oxy hóa của các ion vanadi, họ có thể tạo ra nguyên tố này để hoạt động theo từ tính.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Functional Materials.  Nhóm nghiên cứu được dẫn dắt bởi Giáo sư Chun-Yeol You từ Khoa Vật lý và Hóa học tại DGIST.

Vanadi oxit (VO) được biết đến rộng rãi vì quá trình chuyển đổi kim loại-chất cách điện (MIT), một hiện tượng trong đó độ dẫn điện của nó thay đổi đáng kể tùy thuộc vào nhiệt độ. Trong khi các tính chất điện tử của nó đã được nghiên cứu rộng rãi, các tính chất từ tính của nó - đặc biệt là khả năng sắt từ—vẫn chưa được khám phá nhiều. VO thường biểu hiện hành vi phản sắt từ hoặc thuận từ, điều này hạn chế ứng dụng của nó như một vật liệu từ tính.

Không áp dụng chất pha tạp hoặc đưa vào các khiếm khuyết về cấu trúc, nhóm nghiên cứu đã điều tra xem liệu oxit vanadi tinh khiết có thể trở thành sắt từ chỉ bằng cách thay đổi trạng thái oxy của nó hay không. Để đạt được điều này, họ lắng đọng các lớp mỏng vanadi kim loại và điều chỉnh nồng độ oxy một cách có hệ thống , tạo ra các màng mỏng có mức độ oxy hóa khác nhau.

Kết quả cho thấy một xu hướng rõ ràng: trạng thái oxy hóa thấp hơn dẫn đến hành vi sắt từ mạnh hơn, trong khi trạng thái oxy hóa cao hơn làm giảm nó. Đáng chú ý, tính sắt từ được quan sát thấy khi các ion vanadi ở các trạng thái oxy hóa khác nhau (ví dụ, Vanadi (III) và Vanadi (IV)) cùng tồn tại trong vật liệu. Hành vi sắt từ này xuất hiện ở các vùng cục bộ và phù hợp với dự đoán của Lý thuyết hàm mật độ (DFT), củng cố tính hợp lệ của các kết quả thực nghiệm.

Trước đây, người ta thường tin rằng việc đạt được tính sắt từ trong oxit vanadi đòi hỏi các yếu tố bên ngoài, chẳng hạn như pha tạp hóa học hoặc các khiếm khuyết về cấu trúc. Tuy nhiên, nghiên cứu này chứng minh rằng các đặc tính từ tính có thể được thiết kế chỉ thông qua kiểm soát oxy hóa, thể hiện một bước đột phá đáng kể trong việc hiểu oxit vanadi.

Giáo sư You nhận xét, "Chúng tôi xác nhận rằng trạng thái hóa trị hỗn hợp của các ion vanadi đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra tính sắt từ và tính chất này có thể được điều chỉnh chính xác bằng cách kiểm soát mức độ oxy hóa. Những phát hiện này có thể cung cấp các nguyên tắc thiết kế có giá trị để phát triển các vật liệu từ tính tiên tiến và giúp thiết lập nền tảng vật liệu cơ bản cho các thiết bị thông tin thế hệ tiếp theo."