Efecto del Sm y Eu en las características estructurales, magnéticas y eléctricas de la ferrocobaltita (Sm, Eu)2CoFeO6

Abstract

Los materiales tipo perovskita compleja Sm2FeCoO6 y Eu2FeCoO6 se produjeron mediante el método de síntesis de reacción de estado sólido, caracterizando su morfología, composición, estructura, respuesta magnética y eléctrica. A partir de la técnica de difracción de rayos X se caracterizó la estructura para ambos compuestos mostrando que los sistemas cristalizan en estructura ortorrómbica con grupo espacial P nma (#62). El refinamiento Rietvelt mediante el código GSAS-I permitió obtener los parámetros reticulares asociados a cada material. Al realizar la sustitución del catión Sm3+ por Eu3+ hubo una leve inclinación en los octaedros, pues los enlaces B-O1-B evidencian que los ángulos cambiaron de 148,03° a 149,73°, las distancias de los enlaces B-O1 se redujeron de 1,98 ˚A a 1,96 ˚A, al igual que la distancia de los enlaces B-O2 en el plano ecuatorial del octaedro, pasaron de 2,14 ˚A y 1,75 ˚A a 1,98 ˚A y 1,99 ˚A, respectivamente. Los resultados de microscopía electrónica de barrido permitieron visualizar la evolución morfológica a través de micrografías generadas por electrones secundarios, con las micrografías obtenidas por electrones retrodisperados se evidencia que ambos materiales presentan solo una composición. El espectro de dispersión de energía por rayos X sugiere que los materiales en estudio contienen solamente los elementos Sm, Eu, Fe, Co y O, correspondientes a las fórmulas estequiométricas Sm2FeCoO6 y Eu2FeCoO6. Los resultados de magnetización en función de la temperatura indicaron efectos de irreversibilidad en las curvas ZFC y FC problamente producidos por desorden magnetocristalino, desorden catiónico de los iones Fe, Co y distorsiones estructurales de los octaedros. Igualmente, se visualiza que posiblemente ambos compuestos transitan de una fase antiferromagnética a ferromagnética con temperaturas de Néel de 90 K y 260 K para el compuesto con Sm y Eu, respectivamente. Este comportamiento fue comprobado con las curvas de magnetización en función del campo aplicado, donde además se evidencia la presencia de magnetización de remanencia en la histéresis magnética de las isotermas de 50 K, 200 K y 300 K. Las curvas de densidad de corriente en función del campo aplicado muestran un comportamiento a bajos campos similar a un material óhmico, con valores de resistividad ρSm = 2, 247 ± 0, 001 MΩ·cm y ρEu = 6, 919 ± 0, 003 MΩ·cm, en altos campos presentan un comportamiento no lineal semejante a un material tipo semiconductor. Las curvas de resistividad en función de la temperatura permitieron confirmar el comportamiento semiconductor en ambos materiales y obtener la constante de sensibilidad térmica con valores de BSm = 5232, 20 K y BEu = 5238, 74 K. Por último, la respuesta de reflectancia difusa confirma el comportamiento semiconductor a temperatura ambiente, obteniéndose un gap de 1,18 eV y 1,15 eV para el Sm2FeCoO6 y Eu2FeCoO6, respectivamente. (Texto tomado de la fuente)

The complex perovskite-type materials Sm2FeCoO6 and Eu2FeCoO6 were produced by the solid-state reaction synthesis method, characterizing their morphology, composition, struc ture, magnetic and electric response. From X-ray diffraction technique the structure for both compounds was characterized showing that the systems crystallize in orthorhombic structu re with space group P nma (62). Rietvelt refinement using the GSAS-I code allowed us to obtain the lattice parameters associated with each material. Upon substitution of the Sm3+ cation by Eu3+ there was a slight tilt in the octahedra, since the B-O1-B bonds show that the angles changed from 148,03◦ to 149,73◦, the distances of the B-O1 bonds decreased from 1,98 ˚A to 1,96 ˚A, as well as the distance of the B-O2 bonds in the equatorial plane of the octahedron went from 2,14 ˚A and 1,75 ˚A to 1,98 ˚A and 1,99 ˚A, respectively. The scanning electron microscopy results allowed visualizing the morphological evolution through micrographs generated by secondary electrons, with the micrographs obtained by backscattered electrons showing that both materials present only one composition. The X-ray energy dispersion spectra suggest that the materials under study contain only the elements Sm, Eu, Fe, Co and O, corresponding to the stoichiometric formulas Sm2FeCoO6 and Eu2FeCoO6. The results of magnetization as a function of temperature indicated irreversibility effects in the ZFC and FC curves probably produced by magnetocrystalline disorder, cationic disorder of Fe, Co ions and structural distortions of the octahedra. Likewise, it is visualized that possibly both compounds transition from an antiferromagnetic phase to a ferromagnetic phase with N-temperatures of 90 K and 260 K for the compound with Sm and Eu, respectively. This behavior was verified with the magnetization curves as a function of the applied field, where it is also evident the presence of remanence magnetization in the magnetic hysteresis of the 50 K, 200 K and 300 K isotherms. The current density curves as a function of the applied field show a behavior at low fields similar to an ohmic material, with resisti vity values of ρSm = 2, 247 ± 0, 001 MΩ·cm y ρEu = 6, 919 ± 0, 003 MΩ·cm, at high fields they show a nonlinear behavior similar to a semiconductor type material. The resistivity curves as a function of temperature allowed to confirm the semiconductor behavior in both materials and to obtain the thermal sensitivity constant with values of BSm = 5232, 20 K and BEu = 5238, 74 K. Finally, the diffuse reflectance response confirms the semiconducting behavior at room temperature, obtaining a gap of 1,18 eV and 1,15 eV for Sm2FeCoO6 and Eu2FeCoO6, respectively.