Distribuição de cátions de Ce3+ e Er3+ na estrutura cristalina do composto Y3Fe5O12 e seu efeito sobre as propriedades estruturais, óticas e magnéticas
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Data de Publicação: | 2023 |
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Texto Completo: | http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/9043 |
Resumo: | Herein, we have studied the structural, optical, and magnetic properties of Y3-xCexFe5-yEryO12 (0.00 ≤ x ≤ 0.02), (0.00 ≤ y ≤ 0.06) compound synthesized via sol gel process. Structural characterization by X-ray diffraction (XRD) confirmed the YIG single phase formation, belong to the Ia3d-𝑂ℎ10cubic centrosymmetric crystal structure. The lattice constant, lattice strain, dislocation density and average crystallite size variations were calculated and discussed in terms of the rare earth’s dopant concentrations. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis showed redshift for the Fe–O stretching modes as the dopant content increase, testifying the crystal lattice expansion. Raman spectra inspection corroborated the YIG single phase formation and shifts in the vibrational modes confirmed the Ce3+ and Er3+ rare earths inclusion in the sites occupied by Y3+ and Fe3+ cations, respectively. The coral-like of YIG nanoparticles were confirmed by scanning (SEM) and transmission (TEM) microscopies, whereas the existence of the elements Y, Fe, O, Ce and Er, were verified by Energy Dispersive Spectroscopy analysis (EDS). The optical band gap (Eg) decreases, while Urbach energy (Eu) increases varying the Er content. The result confirms the effect of Ce3+ and Er3+ addition on the optical properties of YIG, contributing to localized oxygen vacancy defects formation. Using a phenomenological model, it was shown that, the highest probability of Er3+ cations occupation corresponds to octahedral sites. For the Y2.98Ce0.02Fe5-yEryO12 (0.00 ≤ y ≤ 0.06) compound, the theoretical saturation magnetization (Ms) was calculated from the cation distribution obtained by the phenomenological model, resulting a slight increase with the Er content. The result agrees with the experimental Ms measurements, although for y = 0.06 a discrepancy was detected, which can be attributed to the breaking of collinear array of magnetic moments due to high lattice distortions. |
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GARCIA, Ramón Raudel Peñahttp://lattes.cnpq.br/1187544248310354FERREIRA, Mirelly Gonçalves2023-06-05T16:15:48Z2023-02-27FERREIRA, Mirelly Gonçalves. Distribuição de cátions de Ce3+ e Er3+ na estrutura cristalina do composto Y3Fe5O12 e seu efeito sobre as propriedades estruturais, óticas e magnéticas. 2023. 90 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Física) - Universidade Federal Rural de Pernambuco, Cabo de Santo Agostinho.http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/9043Herein, we have studied the structural, optical, and magnetic properties of Y3-xCexFe5-yEryO12 (0.00 ≤ x ≤ 0.02), (0.00 ≤ y ≤ 0.06) compound synthesized via sol gel process. Structural characterization by X-ray diffraction (XRD) confirmed the YIG single phase formation, belong to the Ia3d-𝑂ℎ10cubic centrosymmetric crystal structure. The lattice constant, lattice strain, dislocation density and average crystallite size variations were calculated and discussed in terms of the rare earth’s dopant concentrations. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis showed redshift for the Fe–O stretching modes as the dopant content increase, testifying the crystal lattice expansion. Raman spectra inspection corroborated the YIG single phase formation and shifts in the vibrational modes confirmed the Ce3+ and Er3+ rare earths inclusion in the sites occupied by Y3+ and Fe3+ cations, respectively. The coral-like of YIG nanoparticles were confirmed by scanning (SEM) and transmission (TEM) microscopies, whereas the existence of the elements Y, Fe, O, Ce and Er, were verified by Energy Dispersive Spectroscopy analysis (EDS). The optical band gap (Eg) decreases, while Urbach energy (Eu) increases varying the Er content. The result confirms the effect of Ce3+ and Er3+ addition on the optical properties of YIG, contributing to localized oxygen vacancy defects formation. Using a phenomenological model, it was shown that, the highest probability of Er3+ cations occupation corresponds to octahedral sites. For the Y2.98Ce0.02Fe5-yEryO12 (0.00 ≤ y ≤ 0.06) compound, the theoretical saturation magnetization (Ms) was calculated from the cation distribution obtained by the phenomenological model, resulting a slight increase with the Er content. The result agrees with the experimental Ms measurements, although for y = 0.06 a discrepancy was detected, which can be attributed to the breaking of collinear array of magnetic moments due to high lattice distortions.Neste trabalho, estudamos o efeito da distribuição de cátions sobre as propriedades estruturais, ópticas e magnéticas do composto Y3-xCexFe5-yEryO12 (0,00 ≤ x ≤ 0,02) e (0,00 ≤ y ≤ 0,06) sintetizado pelo método sol gel. A caracterização estrutural por difração de raios X (DRX) confirmou a formação monofásica da Granada de Ferro Ítrio (YIG) para todas as amostras, pertencente à estrutura cristalina centrossimétrica cúbica Ia3d-𝑂ℎ10. A constante de rede (a), deformação de rede (ε) e densidade de discordância (δ) aumentaram, enquanto o tamanho médio do cristalito (D) diminuiu à medida que os cátions de Er3+ substituem os cátions de Fe3+ na estrutura cristalina do YIG. A análise por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) mostrou desvio para o vermelho para os modos de estiramento Fe-O à medida que o teor de dopante aumenta. A investigação dos espectros Raman corroborou a formação monofásica da estrutura do YIG e as mudanças nos modos vibracionais confirmaram a inclusão dos cátions de terras raras Ce3+ e Er3+ nos sítios ocupados pelos cátions Y3+ e Fe3+, respectivamente. Nanopartículas semelhantes a corais foram confirmadas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET), enquanto a existência dos elementos Y, Fe, O, Ce e Er foi verificada por análise de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). O gap de energia óptico (Eg) diminui, enquanto a energia de Urbach (Eu) incrementou à medida que a concentração de cátions de Er3+ varia entre 0,00 ≤ y ≤ 0,06; o que está relacionado à contribuição dos dopantes para a formação de defeitos intrínsecos na rede hospedeira. Usando um modelo fenomenológico, foi demonstrado que, a maior probabilidade de ocupação dos cátions Er3+ corresponde aos sítios octaédricos ocupados por cátions de Fe3+. Para o composto Y2,98Ce0,02Fe5-yEryO12 (0,00 ≤ 0,06) , a magnetização de saturação teórica (MS) foi calculada a partir da distribuição de cátions obtida pelo modelo fenomenológico, resultando em um leve aumento à medida que a concentração de cátions de Er3+ aumentou. O resultado está de acordo com o comportamento de MS observado a partir das medidas magnéticas experimentais, embora para y = 0,006 tenha sido detectado uma discrepância, que pode ser atribuído à quebra do arranjo colinear dos momentos magnéticos devido a altas distorções da rede. Este trabalho contribuiu para entender o efeito da distribuição de dopantes sobre propriedades estruturais, óticas e magnéticas do YIG, um material com altas aplicações em gravação magnética e dispositivos de micro-ondas.Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2023-06-05T16:15:48Z No. of bitstreams: 1 Mirelly Goncalves Ferreira.pdf: 3346731 bytes, checksum: ec2b407b636d19027c4031c762cb284a (MD5)Made available in DSpace on 2023-06-05T16:15:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mirelly Goncalves Ferreira.pdf: 3346731 bytes, checksum: ec2b407b636d19027c4031c762cb284a (MD5) Previous issue date: 2023-02-27application/pdfporUniversidade Federal Rural de PernambucoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia FísicaUFRPEBrasilUnidade Acadêmica do Cabo de Santo AgostinhoNanopartículaModelo fenomenológicoPropriedade magnéticaPropriedade óticaDistribuição de cátionsENGENHARIASDistribuição de cátions de Ce3+ e Er3+ na estrutura cristalina do composto Y3Fe5O12 e seu efeito sobre as propriedades estruturais, óticas e magnéticasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis-761962378915184685860060060014368776284275036114518971056484826825info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRPEinstname:Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE)instacron:UFRPEORIGINALMirelly Goncalves Ferreira.pdfMirelly Goncalves Ferreira.pdfapplication/pdf3346731http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/bitstream/tede2/9043/2/Mirelly+Goncalves+Ferreira.pdfec2b407b636d19027c4031c762cb284aMD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82165http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/bitstream/tede2/9043/1/license.txtbd3efa91386c1718a7f26a329fdcb468MD51tede2/90432023-06-05 13:15:48.455oai:tede2:tede2/9043Tk9UQTogQ09MT1FVRSBBUVVJIEEgU1VBIFBSw5NQUklBIExJQ0VOw4dBCkVzdGEgbGljZW7Dp2EgZGUgZXhlbXBsbyDDqSBmb3JuZWNpZGEgYXBlbmFzIHBhcmEgZmlucyBpbmZvcm1hdGl2b3MuCgpMSUNFTsOHQSBERSBESVNUUklCVUnDh8ODTyBOw4NPLUVYQ0xVU0lWQQoKQ29tIGEgYXByZXNlbnRhw6fDo28gZGVzdGEgbGljZW7Dp2EsIHZvY8OqIChvIGF1dG9yIChlcykgb3UgbyB0aXR1bGFyIGRvcyBkaXJlaXRvcyBkZSBhdXRvcikgY29uY2VkZSDDoCBVbml2ZXJzaWRhZGUgClhYWCAoU2lnbGEgZGEgVW5pdmVyc2lkYWRlKSBvIGRpcmVpdG8gbsOjby1leGNsdXNpdm8gZGUgcmVwcm9kdXppciwgIHRyYWR1emlyIChjb25mb3JtZSBkZWZpbmlkbyBhYmFpeG8pLCBlL291IApkaXN0cmlidWlyIGEgc3VhIHRlc2Ugb3UgZGlzc2VydGHDp8OjbyAoaW5jbHVpbmRvIG8gcmVzdW1vKSBwb3IgdG9kbyBvIG11bmRvIG5vIGZvcm1hdG8gaW1wcmVzc28gZSBlbGV0csO0bmljbyBlIAplbSBxdWFscXVlciBtZWlvLCBpbmNsdWluZG8gb3MgZm9ybWF0b3Mgw6F1ZGlvIG91IHbDrWRlby4KClZvY8OqIGNvbmNvcmRhIHF1ZSBhIFNpZ2xhIGRlIFVuaXZlcnNpZGFkZSBwb2RlLCBzZW0gYWx0ZXJhciBvIGNvbnRlw7pkbywgdHJhbnNwb3IgYSBzdWEgdGVzZSBvdSBkaXNzZXJ0YcOnw6NvIApwYXJhIHF1YWxxdWVyIG1laW8gb3UgZm9ybWF0byBwYXJhIGZpbnMgZGUgcHJlc2VydmHDp8Ojby4KClZvY8OqIHRhbWLDqW0gY29uY29yZGEgcXVlIGEgU2lnbGEgZGUgVW5pdmVyc2lkYWRlIHBvZGUgbWFudGVyIG1haXMgZGUgdW1hIGPDs3BpYSBhIHN1YSB0ZXNlIG91IApkaXNzZXJ0YcOnw6NvIHBhcmEgZmlucyBkZSBzZWd1cmFuw6dhLCBiYWNrLXVwIGUgcHJlc2VydmHDp8Ojby4KClZvY8OqIGRlY2xhcmEgcXVlIGEgc3VhIHRlc2Ugb3UgZGlzc2VydGHDp8OjbyDDqSBvcmlnaW5hbCBlIHF1ZSB2b2PDqiB0ZW0gbyBwb2RlciBkZSBjb25jZWRlciBvcyBkaXJlaXRvcyBjb250aWRvcyAKbmVzdGEgbGljZW7Dp2EuIFZvY8OqIHRhbWLDqW0gZGVjbGFyYSBxdWUgbyBkZXDDs3NpdG8gZGEgc3VhIHRlc2Ugb3UgZGlzc2VydGHDp8OjbyBuw6NvLCBxdWUgc2VqYSBkZSBzZXUgCmNvbmhlY2ltZW50bywgaW5mcmluZ2UgZGlyZWl0b3MgYXV0b3JhaXMgZGUgbmluZ3XDqW0uCgpDYXNvIGEgc3VhIHRlc2Ugb3UgZGlzc2VydGHDp8OjbyBjb250ZW5oYSBtYXRlcmlhbCBxdWUgdm9jw6ogbsOjbyBwb3NzdWkgYSB0aXR1bGFyaWRhZGUgZG9zIGRpcmVpdG9zIGF1dG9yYWlzLCB2b2PDqiAKZGVjbGFyYSBxdWUgb2J0ZXZlIGEgcGVybWlzc8OjbyBpcnJlc3RyaXRhIGRvIGRldGVudG9yIGRvcyBkaXJlaXRvcyBhdXRvcmFpcyBwYXJhIGNvbmNlZGVyIMOgIFNpZ2xhIGRlIFVuaXZlcnNpZGFkZSAKb3MgZGlyZWl0b3MgYXByZXNlbnRhZG9zIG5lc3RhIGxpY2Vuw6dhLCBlIHF1ZSBlc3NlIG1hdGVyaWFsIGRlIHByb3ByaWVkYWRlIGRlIHRlcmNlaXJvcyBlc3TDoSBjbGFyYW1lbnRlIAppZGVudGlmaWNhZG8gZSByZWNvbmhlY2lkbyBubyB0ZXh0byBvdSBubyBjb250ZcO6ZG8gZGEgdGVzZSBvdSBkaXNzZXJ0YcOnw6NvIG9yYSBkZXBvc2l0YWRhLgoKQ0FTTyBBIFRFU0UgT1UgRElTU0VSVEHDh8ODTyBPUkEgREVQT1NJVEFEQSBURU5IQSBTSURPIFJFU1VMVEFETyBERSBVTSBQQVRST0PDjU5JTyBPVSAKQVBPSU8gREUgVU1BIEFHw4pOQ0lBIERFIEZPTUVOVE8gT1UgT1VUUk8gT1JHQU5JU01PIFFVRSBOw4NPIFNFSkEgQSBTSUdMQSBERSAKVU5JVkVSU0lEQURFLCBWT0PDiiBERUNMQVJBIFFVRSBSRVNQRUlUT1UgVE9ET1MgRSBRVUFJU1FVRVIgRElSRUlUT1MgREUgUkVWSVPDg08gQ09NTyAKVEFNQsOJTSBBUyBERU1BSVMgT0JSSUdBw4fDlUVTIEVYSUdJREFTIFBPUiBDT05UUkFUTyBPVSBBQ09SRE8uCgpBIFNpZ2xhIGRlIFVuaXZlcnNpZGFkZSBzZSBjb21wcm9tZXRlIGEgaWRlbnRpZmljYXIgY2xhcmFtZW50ZSBvIHNldSBub21lIChzKSBvdSBvKHMpIG5vbWUocykgZG8ocykgCmRldGVudG9yKGVzKSBkb3MgZGlyZWl0b3MgYXV0b3JhaXMgZGEgdGVzZSBvdSBkaXNzZXJ0YcOnw6NvLCBlIG7Do28gZmFyw6EgcXVhbHF1ZXIgYWx0ZXJhw6fDo28sIGFsw6ltIGRhcXVlbGFzIApjb25jZWRpZGFzIHBvciBlc3RhIGxpY2Vuw6dhLgo=Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede/PUBhttp://www.tede2.ufrpe.br:8080/oai/requestbdtd@ufrpe.br ||bdtd@ufrpe.bropendoar:2024-05-28T12:37:45.268973Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRPE - Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE)false |
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