Sintonización de propiedades magnéticas en nuevos materiales : efectos de la sustitución de cationes de los bloques d Y F /

Abstract

l objetivo general de esta tesis doctoral fue diseñar, sintetizar y caracterizar nuevos materiales sólidos inorgánicos cristalinos en búsqueda de propiedades eléctricas y magnéticas de interés. Los estudios aquí expuestos pretenden aportar herramientas para el diseño de nuevos materiales a fin de lograr la sintonización de propiedades físicas mediante variaciones en la composición química. Se trabajó con dos grandes grupos de materiales: seleniuros de cromo y titanio (Cr1-xTixSe) y óxidos con estructura de perovskita ortorrómbica (RFe0,5Cr0,5O3 con R = Tb, Dy, Ho y Er, TmFe1-xCrxO3 y Sm1-xTmxFeO3). Los seleniuros fueron sintetizados mediante tratamiento térmico de mezclas elementales en ampollas evacuadas, mientras que los óxidos se sintetizaron por el método sol-gel. La caracterización estructural, de enorme importancia, se realizó mediante difracción de rayos X de polvos y difracción de neutrones de polvos. Los seleniuros de cromo y titanio (Cr1-xTixSe con x = 0; 0,05; 0,10 y 0,15) poseen una estructura de tipo arseniuro de níquel, perteneciente al grupo espacial P63/mmc. Se encontró una conductividad eléctrica de tipo metálica, con una resistividad eléctrica que disminuye al aumentar el contenido de titanio. La incorporación de titanio también provoca cambios en las propiedades magnéticas que sugieren la coexistencia de electrones localizados e itinerantes. Se obtuvieron también múltiples perovskitas ortorrómbicas, pertenecientes al grupo espacial Pbnm. Se puso especial atención al estudio de transiciones de reorientación de spin. Durante estas transiciones, varía la simetría del sistema, lo que tiene consecuencias en los acoplamientos magnetoeléctricos permitidos en el material. En las perovskitas RFe0,5Cr0,5O3 (R = Tb, Dy, Ho y Er) se observó una fuerte dependencia de las transiciones magnéticas con la identidad del catión R3+. Cada una de las perovskitas de esta serie presentó su propio diagrama de fases magnéticas. Posteriormente, se llevaron a cabo sustituciones catiónicas en la estructura de perovskita ortorrómbica con la finalidad de evaluar sus efectos en las propiedades magnéticas. Primero, se cambió la proporción entre metales de transición en TmFe1-xCrxO3 (0,1 ≤ x ≤ 0,9). Las temperaturas de transiciones magnéticas dependen de la composición del material, con comportamientos mixtos entre TmFeO3 y TmCrO3. También se exploraron los efectos de realizar sustituciones de cationes lantánidos en Sm1-xTmxFeO3 (0,30 ≤ x ≤ 0,50). Esto permitió sintonizar la temperatura de reorientación de spin y lograr así una transición a temperatura ambiente para Sm0,70Tm0,30FeO3.