Síntesis y estudio de propiedades estructurales, morfológicas, magnéticas y electrónicas de óxidos cuaternarios de tipo perovskita.

Abstract

Se presenta un estudio experimental y teórico cuidadoso del material de tipo perovskita doble Ba2YSbO6. Los resultados muestran que este óxido de antimoniato a base de itrio cristaliza en una estructura cúbica, grupo espacial Fm-3m (\# 225), con evidencia del ordenamiento catiónico que caracteriza a la superestructura de roca salina y un factor de tolerancia ligeramente menor que la unidad (t=0.9791), debido a las diferencias de tamaño entre los octaedros YO6 y SbO6. La respuesta magnética muestra efectos ferromagnéticos débiles para los valores de temperatura estudiados (50, 200 y 300 K), con evidencia de una reentrada antiferromagnética a T = 118 K bajo la aplicación de campos magnéticos bajos, que se atribuye a la presencia de ordenamiento polar, acompañado de distorsiones octaédricas causadas por el movimiento de los cationes Y3+ y Sb5+, cuyos efectos ya no se observan en presencia de un campo magnético externo bastante alto (del orden de Teslas). Los resultados de la caracterización óptica por reflectancia difusa sugieren la aparición de un espacio de banda Eg= 4.61 eV, que es característico de un material aislante. Los cálculos de la estructura electrónica corroboran la naturaleza aislante de la perovskita Ba2YSbO6. Los resultados permiten clasificar este material como un aislante de Mott, en el que la ocurrencia de un intercambio de espines dentro del sitio facilita espines desapareados en los estados de itrio 4dt2g, mediado por los orbitales del oxígeno 2p y por los orbitales del antimonio 5p, lo que resulta en el carácter ferromagnético del material aislante. También se presenta un estudio experimental y teórico del material de tipo perovskita doble Ba2SmSbO6. Los resultados muestran que este óxido de antimoniato a base de Samario cristaliza en una estructura cúbica, grupo espacial Fm-3m (# 225), con evidencia del ordenamiento catiónico que caracteriza a la superestructura de roca salina y un factor de tolerancia ligeramente menor que la unidad (t=0.9635), debido a las diferencias de tamaño entre los octaedros SmO6 y SbO6. El estudio SEM muestra granos de diferentes formas y tamaños del orden de las micras, así como también la presencia de una única fase. La respuesta magnética muestra efectos ferromagnéticos débiles para los valores de temperatura estudiados (50, 200 y 320 K), y los procedimientos FC y ZFC para los campos externos de 200 y 2000 Oe reafirman el ordenamiento catiónico. Los resultados de la caracterización óptica por reflectancia difusa sugieren la aparición de una brecha de energía de Eg= 5.50 eV, que lo ubica como un material aislante. Los cálculos electrónicos evidencian el carácter de material conductor para la configuración de spin up y de aislante para la configuración de spin down, lo que define al material como halfmetálico.

Abstract: A careful experimental and theoretical study of the double perovskite type material Ba2Y SbO6 is reported. The results show that this yttrium-based antimoniate oxide crystallizes in a cubic structure, Fm-3m (#225) space group, with evidence of the cationic ordering that characterizes a salt-rock superstructure, and tolerance factor slightly less than the unit (τ=0.9791) due to the size differences between the Y O6 and SbO6 octahedrons. The magnetic response shows weak ferromagnetic effects for the temperature values studied (50, 200 and 300 K), with evidence of an antiferromagnetic reentrance at T=118 K under the application of low magnetic fields, which is attributed to the presence of polar ordering, accompanied by octahedral distortions caused by the movement of the cations Y 3+ and Sb5+, whose effects are no longer observed in the presence of a fairly high external magnetic field (of the Tesla order). The results of the optical characterization by diffuse reflectance suggest the occurrence of a band gap Eg=4.61 eV, which is characteristic of an insulating material. The electronic structure calculations corroborate the insulating nature of the Ba2Y SbO6 complex perovskite. The results allow classifying this material as a Mott insulator, in which the occurrence of intra-site spin-exchange facilitates unpaired spins to the 4d-t2g Yttrium states, mediated by the 2p Oxygen orbitals and 5p Antimony orbitals, resulting in the ferromagnetic character of the insulating material. An experimental and theoretical study of the double perovskite type material Ba2SmSbO6 is also presented. The results show that this antimonate oxide based on samarium crystallizes in a cubic structure, spatial group Fm-3m (# 225), with evidence of the cationic ordering that characterizes a salt-rock superstructure, and a tolerance factor slightly lower than the unit (τ= 0.9635), due to the size differences between the octahedra SmO6 and SbO6. The SEM study shows grains of different shapes and sizes in the order of microns, as well as the presence of a single phase. The magnetic response shows weak ferromagnetic effects for the temperature values studied (50, 200 and 320 K), and the FC and ZFC procedures for the external fields of 200 and 2000 Oe reaffirm the cationic ordering. The results of the optical characterization by diffuse reflectance suggest the appearance of a band space Eg = 5.50 eV, which locates it as an insulating material. The electronic calculations show the character of conductive material for the configuration of spin up and of insulating for the configuration of spin down, which defines the material as half-metallic.