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Producción y caracterización de nuevos materiales multiferróicos de la familia RMn1-xFexO3 (R = Ho, Dy, Gd)

Cardona Vásquez, Jorge Andrés (2014) Producción y caracterización de nuevos materiales multiferróicos de la familia RMn1-xFexO3 (R = Ho, Dy, Gd). Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia.

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Resumen

Se sintetizaron mediante la técnica de reacción de estado sólido convencional muestras cerámicas de la familia RMn1-xFexO3. Mediante el seguimiento del proceso de síntesis por medio de difracción de rayos X se determinó que para obtener fases cristalográficas de alta pureza (> 99%) son necesarias temperaturas alrededor de 1200 °C. Así mismo, se observó que tiempos de síntesis alrededor de las 18 horas garantizan la reacción total de los óxidos precursores a la temperatura ya mencionada. Se estudió la estructura cristalina del sistema mediante experimentos de difracción de rayos X en un rango 2θ de 20° a 70°, observando un alto grado de cristalinidad en el sistema. Los resultados obtenidos por difracción de rayos X fueron analizados usando el programa PANAlitical X’Pert HighScore Plus. Este procedimiento permitió determinar que esta familia de materiales cristalizan en dos estructuras cristalinas, la primera de ellas una estructura tipo perovskita distorsionada con simetría ortorrómbica (Grupo espacial Pbnm # 62). La segunda es una estructura con simetría hexagonal (grupo espacial P63cm # 185). Los criterios que definen la simetría en la que cristaliza cada material son el radio iónico y el grado de sustitución (valor de x), de tal manera que para x = 0.2 los materiales tienen estructura tipo perovskita distorsionada en su totalidad independiente de cual sea el ion R. Las estructuras cristalinas se refinaron mediante el método de Rietveld usando el software GSAS + EXPGUI. Este procedimiento nos permitió observar que los materiales con R = Gd y Dy cristalizan con simetría ortorrómbica, mientras para la configuración con R = Ho se observa una competencia entre las dos fases características del sistema de tal manera que para x = 0 el material presenta simetría Hexagonal casi en su totalidad (94.23 %). Para x = 0.1 se presentan contribuciones de las dos fases cristalinas con porcentajes en peso de 42.73 % y 57.27% de las fases hexagonal y ortorrómbica respectivamente. Finalmente, para x = 0.2 el material obtenido presenta simetría ortorrómbica en su totalidad. Se estudiaron experimentalmente las propiedades ferroicas de la familia RMn1-xFexO3 observando en todos los casos un comportamiento antiferromagnético en los materiales por debajo de ciertas temperaturas críticas comprendidas entre 20 K y 75 K. El estudio de la magnetización en función de la temperatura nos permitió observar un comportamiento paramagnético a temperatura ambiente y superiores, con transiciones de fase al estado antiferromagnético a bajas temperaturas para todas las configuraciones. Para la familia GdMn1-xFexO3 la transición al estado antiferromagnético se observa por debajo de los 25 K, para esta configuración se observa un estado ferrimagnético cerca de 30 K en el material con x = 0.1. En el caso del DyMn1-xFexO3 esta transición se observa por debajo de 40 K y para el HoMn1-xFexO3 la transición al estado antiferromagnético se presenta por debajo de 75 K. Finalmente, se estudió el comportamiento eléctrico de los materiales mediante curvas de polarización eléctrica. A partir de esta técnica se determinó que a temperatura ambiente domina un comportamiento resistivo para los materiales con R = Gd y Dy para x = 0, 0.1 y 0.2; y para R = Ho solo en las configuraciones con x = 0.1 y 0.2. Así mismo, se confirmó el comportamiento ferroeléctrico con un elevado valor de constante dieléctrica (215.1) a temperatura ambiente para la configuración con R = Ho y x = 0., Abstract. By the conventional technique of solid-state reaction of the ceramic samples RMn1-xFexO3 family were synthesized. The synthesis process was monitored by X-ray diffraction which determined that for obtain high purity crystallographic phases (> 99%) are needed around 1200 ° C. Also, was observed that synthesis times about 18 hours allows the total reaction of precursors oxides at this temperature. The crystal structure of the system was studied by experiments of X-ray diffraction in a 2θ range of 20° to 70°, was observed a high degree of crystallinity in the system. Results of XRD experiments was analyzed using the PANAnalitical X'Pert Highscore Plus software. This procedure allowed us to determine that the family of materials given by the chemical formula RMn1-xFexO3 crystallizes in two crystal structures, the first, is a distorted perovskite structure with orthorhombic symmetry (space group Pbnm # 62). The second is a structure with hexagonal symmetry (space group P63cm # 185). The criteria for the symmetry in each material crystallizes are the ionic radius of rare earth, but also in this case we observed a marked dependence on the degree of substitution (x value), so as to x = 0.2 materials have distorted perovskite structure independent what ion is R. The crystal structures were refined by the Rietveld method using the GSAS + EXPGUI software. This procedure allowed us to observe that materials with R = Gd and Dy crystallize with orthorhombic symmetry, while in the configuration with R = Ho a competition between the characteristics phases system is observed. Thus for x = 0, the material has symmetry hexagonal almost entirely (94.23%). For x = 0.1, contributions of the two crystalline phases with weight percentages of 42.73% and 57.27% of the orthorhombic and hexagonal phases respectively occur. Finally, for x = 0.2 the material has totally orthorhombic symmetry. Ferroic properties of RMn1-xFexO3 family was studied, in all cases observed antiferromagnetic behavior in materials below certain critical temperatures between 20 K and 75 K. The study of the magnetization versus temperature allowed us to observe paramagnetic behavior at room temperature and above, with phase transitions to antiferromagnetic state at low temperatures for all configurations. For GdMn1-xFexO3 family transition to antiferromagnetic observed below 25 K, for this configuration, is observed a ferrimagnetic state about 30 K in the material with x = 0.1. In the case of DyMn1- xFexO3 antiferromagnetic transition is observed below 40 K and the HoMn1-xFexO3 the this transition occurs below 75 K. Finally, the electrical behavior of the materials was studied by polarization curves. From this technique could be determined that at room temperature dominates a resistive behavior for materials with R = Gd and Dy for x = 0, 0.1 and 0.2; and for R = Ho only configurations with x = 0.1 and 0.2. Also, the ferroelectric behavior was confirmed with a high value of dielectric constant (215.1) at room temperature for configuration with R = Ho x = 0.

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Maestría)
Colaborador / Asesor:Roa Rojas, Jairo
Información adicional:Maestría en Ciencia Física. Línea de Investigación: Materia Condensada
Palabras clave:Multiferroicos, Materiales antiferromagnéticos, Manganitas de tierras raras, Perovskitas complejas, Multiferroics, Antiferromagnetic materials, Rare earth manganites, Complex perovskitas
Temática:5 Ciencias naturales y matemáticas / Science > 53 Física / Physics
5 Ciencias naturales y matemáticas / Science > 55 Ciencias de la tierra / Earth sciences & geology
6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering
Unidad administrativa:Sede Bogotá > Facultad de Ciencias > Departamento de Física
Código ID:46031
Enviado por : Universidad Nacional de Colombia Biblioteca Digital -3- Sede Bogotá
Enviado el día :11 Dec 2014 17:08
Ultima modificación:11 Dec 2014 17:08
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