Estudo das propriedades estruturais e magnéticas em compostos multiferroicos do tipo Yb1-xTbxMnO3 (x = 0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1)

• Autor(a) principal: Monica Esperanza Bolivar Guarin
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9GBGBN
• topic: Física; Fisica do estado solido; Ferroeletricidade; Difração; Terras raras Analise; Rietveld, Metodo de; Cristais; Física

Os compostos multiferroicos do tipo perovskita RMnO3 apresentam características estruturais, magnéticas e elétricas com fortes correlações que fazem com que estes tipos de materiais sejam foco de intensas pesquisas e abrem campo à aplicação destas novas propriedades na indústria tecnológica. Dois dos exemplos mais importantes do fenômeno multiferróico nas manganitas são os compostos TbMnO3 e YbMnO3. No caso do TbMnO3, modificações no ordenamento estrutural causam alterações magnéticas que levam a uma polarização elétrica em temperaturas abaixo de ~27 K. Já para a manganita YbMnO3, os ordenamentos magnético e elétrico acontecem independentemente um do outro, sendo que ordenamento antiferromagnético aparece em T ~90 K enquanto que a ferroeletricidade é observada em temperaturas altas, acima de 1000 K. Na presente tese procurou-se investigar as correlações entre os comportamentos magnéticos e as estruturas cristalinas, a fim de se entender o papel da estrutura nos acoplamentos apresentados neste tipo de materiais. Foram produzidas manganitas policristalinas do tipo Yb1-xTbxMnO3 com x = 0; 0,25; 0,50; 0,75; e 1 por meio do processo de reação de estado sólido. Os compostos foram estudados utilizando difração de raios X com fonte Cu-K? em temperatura ambiente. As estruturas cristalinas foram analisadas usando-se refinamento de Rietveld. O TbMnO3 cristalizou na fase ortorrômbica com grupo de espaço Pnma, enquanto que a manganita YbMnO3 apresentou fase hexagonal P63cm; tais resultados já eram esperados de acordo com a literatura. No composto Yb0,75Tb0,25MnO3 foi observada uma fase única hexagonal, com mesmo grupo de espaço do YbMnO3. Já nos compostos com substituições x = 0,50 e 0,75 se constatou coexistência das fases dos manganatos puros. O refinamento Rietveld permitiu modelar a ocupação dos sítios dos íons terras raras (Yb3+e Tb3+) na fase hexagonal. A obtenção do conjunto de distâncias e ângulos de ligação permitiu quantificar as deformações e inclinações dos poliedros de coordenação, MnO6 e MnO5. Medidas de magnetização em função da temperatura, M(T), nos modos ZFC e FC e, de magnetização em função de campo magnético externo M(H) ciclos de histerese foram feitas usando um magnetômetro SQUID. Para medidas de M(T) as temperaturas variaram de 4 K até temperatura ambiente. Nas concentrações x = 0 e 1 encontraram-se comportamentos similares aos reportados na literatura. No TbMnO3 foi observada uma transição antiferromagnética dos íons Tb3+, além de manifestações de metamagnetismo e ferromagnetismo fraco. Para o YbMnO3 se veem sinais de frustração magnética associada à rede triangular dos íons Mn3+ e de ferromagnetismo fraco, ocasionado pela interação Dyzaloshinskii-Moriya que reorienta os spins (spin-canting) na rede triangular. Na concentração x = 0,25 se observou comportamento muito próximo ao visto em YbMnO3. Diferentes efeitos se notaram nas concentrações x = 0,50 e 0,75, onde algumas características sugeriram um comportamento similar ao de vidro de spin. Particularmente, nestes últimos compostos foi vista uma competição das manifestações magnéticas. Para todos os compostos foram realizadas medidas de difração com fonte síncrotron, tanto em temperatura ambiente quanto em baixas temperaturas. Entretanto, alguns problemas na coleta não permitiram obter dados boa qualidade para serem refinados, exceto para o composto puro com x=0. Nesse caso, variações nos parâmetros de rede e nas posições atômicas em função da temperatura permitiram propor algumas relações qualitativas entre distorções estruturais e magnetismo. Para poder tirar conclusões quantitativas em todos os compostos, são necessários estudos estruturais mais detalhados em baixas temperaturas, ou seja, melhores medidas devem ser realizadas.