Estudio de las propiedades estructurales, eléctricas y magnéticas en materiales de tipo perovskita A2BB'O6

Abstract

Materials belonging to the A2BWO6 and A2BVO6 families have shown interesting electrical and magnetic properties that may be applied to spintronics and fuel cell cathodes. The main motivation of this thesis is to synthesize and characterize materials with double perovskite type structure, especially the materials Sr2−xLaxNiWO6 (0 ≤ x ≤ 0, 15), Sr2FeWO6, Sr2CoWO6, LaFe0,5V0,5O3 y LaCo0,5V0,5O3, in order to evaluate its structural, morphological and magnetic properties. These materials were synthesized by means of the assisted gel combustion method, an unexplored synthesis method for this type of materials, which showed advantages over con-ventional synthesis methods such as the solid-state reaction method. The structural characteri-zations of the materials were carried out through X-ray diffraction (DRX), in some cases taking synchrotron data and implementing Rietveld refinements to the obtained diffraction patterns. The materials Sr2NiWO6 and Sr2CoWO6 crystallized in a tetragonal structure with a space group I4/m, while the material Sr2FeWO6 crystallized in a monoclinic structure with a space group P 21/n. The materials LaCo0.5V0.5O3 and LaFe0.5V0.5O3 crystallized into orthorhombic structures with space groups P nma and P nm, respectively. The morphological properties were determined through the Scanning Electron Microscopy technique (SEM), obtaining several mi-crographs, which allowed to determine average grain sizes in the range of ≈ 80 nm −270 nm for samples with granular structure. Magnetic susceptibility curves as a function of temperature and magnetization as a function of the external magnetic field applied were used to determine the magnetic properties. It was found that the antiferromagnetic response was characteristic for every material under study. However for the materials Sr2−xLaxNiWO6 and LaFe0.5V0.5O3, small ferromagnetic contributions were observed, while for the material LaCo0.5V0.5O3, a ferri-magnetic behavior is presented to temperatures below 150 K. Additionally, for the materials Sr2−xLaxNiWO6 Exchange Bias is presented, possibly associated with the Ni and W ions inter-actions that occur in the structure with different valences, as a result of the inclusion of trivalent ions of lanthanum. Thus, these results motivate research on this type of materials in order to determine their potential application as fuel cell cathodes and spintronic devices.

Materiales pertenecientes a las familias A2BWO6 y A2BVO6 han mostrado propiedades eléctricas y magnéticas interesantes, posiblemente aplicables a la espintrónica y a la implementación de cátodos de celdas de combustible. Por esto, la motivación principal de esta tesis es sintetizar y caracterizar materiales con estructura tipo perovskita doble. Específicamente, los materiales Sr2-xLaxNiWO6 (0 ≤ x ≤ 0.15), Sr2FeWO6, Sr2CoWO6, LaFe0.5V0.5O3 y LaCo0.5V0.5O3, a fin de evaluar sus propiedades estructurales, morfológicas y magnéticas. Los materiales en estudio se sintetizaron por medio del método de combustión de gel asistida, un método de síntesis inexplorado para este tipo de materiales, el cual mostró ventajas con respecto a métodos de síntesis convencionales como el método de reacción de estado sólido. Las caracterizaciones estructurales de los materiales se realizaron a través de difracción de rayos X (DRX), implementando refinamientos Rietveld a los patrones de difracción obtenidos. Se encontró que los materiales Sr2NiWO6 y Sr2CoWO6 cristalizan en una estructura tetragonal con un grupo espacial I4/m, mientras que el material Sr2FeWO6 cristaliza en una estructura monoclínica con un grupo espacial P21/n. Los materiales LaCo0.5V0.5O3 y LaFe0.5V0.5O3 cristalizan en estructuras ortorrómbicas con grupos espaciales Pnma y Pbnm, respectivamente. Las caracterizaciones morfológicas se realizaron a través de la técnica de microscopía electrónica de barrido (SEM), tomando diferentes micrografías, lo que permitió determinar tamaños de grano promedio en el rango de ≈ 80 nm - 270 nm para las muestras que presentan estructura granular. La caracterización magnética de los materiales se realizó a través de curvas de susceptibilidad magnética DC en función de la temperatura y magnetización en función del campo magnético externo aplicado. La respuesta antiferromagnética es característica para todos los materiales en estudio, sin embargo se pueden observar pequeñas contribuciones ferromagnéticas para los materiales Sr2-xLaxNiWO6 y LaFe0.5V0.5O3, mientras que para el material LaCo0.5V0.5O3 se presenta un comportamiento ferrimagnético para temperaturas menores a 150 K. Adicionalmente, se evidencia Exchange Bias para los materiales Sr2-xLaxNiWO6 posiblemente asociado a la interacción de los iones de Ni y W que se presentan en la estructura con diferentes valencias, como resultado de la inclusión de iones trivalentes de lantano. Estos resultados motivan la investigación en este tipo de materiales con el fin de determinar su potencial aplicación como cátodos de celdas de combustible y dispositivos espintrónicos.