Estudio de las propiedades estructurales y magnéticas de perovskitas complejas Bi(1-x)NdxFe0.7Mn0.3O3

Abstract

En esta tesis se presenta la síntesis de perovskitas complejas Bi(1−x)N dxF e0,7Mn0,3O3 (0,00 ≤ x ≤ 0,50). Dos métodos de síntesis fueron usados para obtener los materiales: síntesis rápida de fase líquida (LPS) y reacción de estado sólido (SSR), obteniendo mejores resultados con el primer método. La caracterización de la estructura cristalina para cada material obtenido por ambos métodos, se llevó a cabo a través de medidas de difracción de rayos X (XRD). Los difractogramas para los materiales obtenidos por LPS se analizaron por medio del método de refinamiento Rietveld usando el programa FullProf. Esto reveló que los materiales tipo perovskita obtenidos presentan un cambio de fase estructural, desde una estructura romboédrica definida en el grupo espacial R3c (#161), cuando el porcentaje de sustitución de Bi por N d es del 0 %, hasta llegar a una estructura ortorrómbica definida en el grupo espacial P bnm (#62), cuando la sustitución de Bi por N d es del 50 %. La caracterización morfológica se llevó a cabo usando un microscopio electrónico de barrido (SEM), evidenciando una disminución significativa en el tamaño de grano, pero un aumento en la porosidad a medida que se aumentaban los porcentajes de sustitución de N d y dejando ver una mayor cohesión de los granos, producto de la fase líquida. El análisis químico semicuantitativo se llevó a cabo por espectroscopía de rayos X por energía dispersiva (EDS). Los porcentajes nominales de Bi comparados con los reales presentaron bajo índice de error, lo cual significa que se logró controlar la volatilidad de este elemento durante la síntesis. Las medidas de magnetización DC se hicieron usando un magnetómetro de SQUID. La curvas de magnetización isotérmica a bajas temperaturas mostraron un comportamiento histerético cuyos valores de magnetización de remanencia y de saturación aumentaron a medida que aumentaba el porcentaje de N d en las muestras. Las medidas de magnetización en función de la temperatura en modo field cooling (FC) y zero field cooling (ZFC) mostraron un comportamiento inusual de magnetización negativa para algunos valores de campo aplicado. También se obtuvieron curvas irreversibles frente a las medidas de FC y ZFC, lo cual abre la posibilidad de pensar en que se estén presentando comportamientos de vidrios de espín en estos materiales. Por último, se hicieron medidas de susceptibilidad magnética AC para el material cuyo valor de sustitución de Bi por N d es del 35 %, con el fin de complementar los resultados de magnetización DC.

Abstract: This thesis presents the synthesis of the complex perovskites Bi(1−x)N dxF e0,7Mn0,3O3 (0,00 ≤ x ≤ 0,50). Two synthesis methods were used in order to obtain the materials: rapid liquid phase sintering (LPS) and solid state reaction (SSR), obtaining better results with the first one. The characterization of the crystalline structure for each material obtained using both methods was carried out through X-ray diffraction measurements (XRD). The difraction patterns of the materials obtained by LPS were analyzed through the Rietveld refinement method, using the program FullProf. This revealed that the obtained perovskite-type materials present a structural phase shift, from a rhombohedral structure defined by the space group R3c (#161), when the substitution percentage of Bi for N d is 0 %, to an orthorhombic structure defined by the space group P bnm (#62), when the substitution of Bi for N d corresponds to a 50 %. The morphologic characterization was done using a scanning electron microscope (SEM), which evidenced a considerable decrease in the grain size and an increase in porosity, as the N d substitution percentages increased. It also allowed to observe a higher cohesion between the grains, product of the liquid phase. The semi-quantitative chemical analysis was carried out by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The Bi nominal percentages showed low error index compared to the real ones, which means that the volatility of this element was controlled during the synthesis. The DC magnetization measurements were done using a SQUID magnetometer. The isothermal magnetization curves at low temperatures showed a hysteretic behaviour, whose remaining and saturation magnetization values increased as the N d percentage did as well. The measurements of magnetization as a function of temperature in field cooling (FC) and zero field cooling (ZFC) mode, showed an unusual negative magnetization behaviour for some applied field values. The FC and ZFC measurements showed irreversible curves, which opens the possibility to consider spin glass behaviours for these materials. Finally, AC susceptibility measurements were done to the material whose substitution value of Bi for N d is 35 %, in order to complement the DC magnetization results.