Características cristalográficas, eléctricas y magnéticas del material tipo perovskita doble LaCaMnFeO6

Abstract

En los últimos años, los materiales cerámicos de tipo perovskita han suscitado un creciente interés debido a sus diversas aplicaciones tecnológicas y a la amplia gama de propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas que presentan. Estas propiedades pueden ser modificadas intencionalmente a través de la incorporación de metales de diferente naturaleza, logrando obtener materiales óptimos para diferentes aplicaciones. En ese sentido, el presente trabajo se centra en la síntesis y caracterización del material tipo perovskita doble LaCaMnFeO6, el cual se compone de tierras raras y alcalinotérreos en los sitios A y A' (La, Ca), y de metales de transición de naturaleza magnética en los sitios B y B' (Mn, Fe). La síntesis de la perovskita LaCaMnFeO6 se llevó a cabo mediante el método de reacción de estado sólido, utilizando óxidos precursores de alta pureza. La caracterización estructural se realizó mediante difracción de rayos X (DRX) con el software GSAS II, donde se confirmó una estructura ortorrómbica con un factor de tolerancia de τ = 0.9596. A partir del análisis estructural realizado, se concluyó que el material se describe adecuadamente mediante la fórmula La0.5Ca0.5Mn0.5Fe0.5O3, presentando distorsiones estructurales en los cationes BB'. El análisis morfológico indicó una superficie granular con un tamaño promedio de grano de 1.0 ± 0.2 μm y una porosidad significativa. La composición elemental confirmó la presencia de elementos según la fórmula estequiométrica, aunque se observó un exceso en Mn y Fe, atribuido al carácter óxido del material. Respecto a las propiedades ópticas, se identificaron tres vibraciones intermoleculares relacionadas con los enlaces Mn-O, Fe-O y La/Ca-O. A partir de este resultado se determinó la brecha de energía tipo semiconductor arrojando un valor de Eg = 2.30 ± 0.02 eV. La caracterización magnética reveló una marcada irreversibilidad entre las curvas de susceptibilidad ZFC y FC, indicando un comportamiento magnético frustrado. También se evidenció la presencia de momentos antiferromagnéticos en las curvas de histéresis de magnetización, con un carácter ferromagnético a temperaturas altas. Las mediciones eléctricas mostraron un comportamiento de tipo semiconductor con resistividad decreciente exponencialmente, ajustándose al modelo de Salto de Rango Variable de Mott. Las curvas I-V exhibieron un comportamiento no lineal e histéretico, sugiriendo aplicaciones potenciales en dispositivos de memoria lógica programable. Finalmente, el material de tipo perovskita La0.5Ca0.5Mn0.5Fe0.5O3 sintetizado en el presente trabajo, muestra gran potencial para aplicaciones en dispositivos de memoria lógica, válvulas de espín y transistores ferromagnéticos, entre otros, debido a sus interesantes propiedades semiconductoras y ferromagnéticas. (Texto tomado de la fuente).

In recent years, perovskite-type ceramic materials have attracted increasing interest due to their diverse technological applications and the wide range of electrical, magnetic, and optical properties they exhibit. These properties can be intentionally modified through the incorporation of metals of different natures, thereby obtaining materials optimized for various applications. In this context, the present work focuses on the synthesis and characterization of the double perovskite material LaCaMnFeO6, which is composed of rare earth and alkaline earth metals at the A and A' sites (La, Ca), and magnetic transition metals at the B and B' sites (Mn, Fe). The synthesis of LaCaMnFeO6 was carried out using the solid-state reaction method, employing high-purity oxide precursors. The structural characterization was performed by X-ray diffraction (XRD) using the GSAS II software, which confirmed an orthorhombic structure with a tolerance factor of τ = 0.9596. Based on the structural analysis conducted, it was concluded that the material is adequately described by the formula La0.5Ca0.5Mn0.5Fe0.5O3, exhibiting structural distortions in the BB' cations. The morphological analysis indicated a granular surface with an average grain size of 1.0 ± 0.2 μm and significant porosity. The elemental composition confirmed the presence of elements according to the stoichiometric formula, although an excess of Mn and Fe was observed, attributed to the oxide nature of the material. Regarding the optical properties, three intermolecular vibrations related to the Mn-O, Fe-O, and La/Ca-O were identified. From this result, a semiconductor-type energy gap was determined, yielding a value of Eg = 2.30 ± 0.02 eV. The magnetic characterization revealed a marked irreversibility between the ZFC and FC susceptibility curves, indicating frustrated magnetic behavior. The presence of antiferromagnetic moments was also evidenced in the magnetization hysteresis curves, with a ferromagnetic character at high temperatures. Electrical measurements showed semiconductor behavior with exponentially decreasing resistivity, fitting the Mott Variable Range Hopping model. The I-V curves exhibited non-linear and hysteretic behavior, suggesting potential applications in programmable logic memory devices. Finally, the perovskite-type material La0.5Ca0.5Mn0.5Fe0.5O3 synthesized in this work shows great potential for applications in logic memory devices, spin valves, ferromagnetic transistors, and others, due to its interesting semiconducting and ferromagnetic properties.