Semiconductor magnético tipo perovskita Sr2.68Nd1.32Ti2.68Mn0.64Fe0.68O12: Propiedades estructurales, eléctricas y magnéticas

Abstract

En el presente escrito se reporta el proceso de síntesis del material cerámico Sr2.68Nd1.32Ti2.68Mn0.64Fe0.68O12. Este material se sintetizó mediante el método convencional de reacción de estado sólido. Mediante el uso de la técnica de Difracción de Rayos X y el Refinamiento Rietveld se realizó el análisis estructural del material, obteniendo una fase mayoritaria perteneciente a un sistema cristalino ortorrómbico de tipo perovskita (grupo espacial Pnma #62) y parámetros reticulares a = 5.5093 Å, b = 7.7822 Å, c = 5.5284 Å. Un tamaño del cristalito promedio de 29.737 nm fue calculado a través de la ecuación de Scherrer. El estudio morfológico superficial por medio de imágenes de microscopía electrónica de barrido revela la formación de granos de diferentes tamaños y forma poliédrica con un tamaño promedio de 1.412 ± 0.060 μm. Las curvas de histéresis magnética evidenciaron un bajo campo coercitivo (40 Oe < Hc < 100 Oe) de fácil magnetización y desmagnetización, característico de ferromagnetos blandos. La susceptibilidad magnética en función de la temperatura a través de procedimientos Zero Field Cooling y Field Cooled muestran irreversibilidad magnética para campos de externos de 200 Oe, la cual desaparece en campos aplicados de 2000 Oe, lo cual evidencia efectos de desorden catiónica debidas a la variedad composicional de la perovskita compleja. La respuesta eléctrica muestra una resistividad que decae exponencialmente con la temperatura, ajustando a un comportamiento semiconductor con mecanismo de transporte de tipo hopping de rango variable de Mott. Esta respuesta es acorde con lo observado en curvas de voltaje-corriente, resultando en curvas típicas de materiales de tipo termistor. Los resultados permiten afirmar que el material se comporta como un semiconductor débilmente ferromagnético. (Texto tomado de la fuente)

In this manuscript, the synthesis process of the ceramic material Sr2.68Nd1.32Ti2.68Mn0.64Fe0.68O12 is reported. This material was produced by the conventional solid state reaction method. By using the X-Ray Diffraction technique and Rietveld Refinement the structural analysis of the material was performed, obtaining a majority phase belonging to an orthorhombic crystalline system of perovskite type (space group Pnma #62) and lattice parameters a = 5.5093 Å, b = 7.7822 Å, c = 5.5284 Å. An average crystallite size of 29.737 nm was calculated through the Scherrer equation. Surface morphological study by scanning electron microscopy imaging reveals the formation of grains of different sizes and polyhedral shape with an average size of 1.412 ± 0.060 μm. Magnetic hysteresis curves evidenced a low coercive field (40 Oe < Hc < 100 Oe) of easy magnetization and demagnetization, characteristic of soft ferromagnets. The magnetic susceptibility as a function of temperature through Zero Field Cooling and Field Cooled procedures show magnetic irreversibility for external fields of 200 Oe, which disappears at applied fields of 2000 Oe, evidencing cationic disorder effects due to the compositional variety of the complex perovskite. The electrical response shows a resistivity that decays exponentially with temperature, conforming to a semiconducting behavior with Mott's variablerange hopping-type transport mechanism. This response is in agreement with that observed in volt-current curves, resulting in curves typical of thermistor-type materials. The results allow us to affirm that the material behaves as a weakly ferromagnetic semiconductor.