Tese de Doutorado #253: Monica Guarin

Estudo das propriedades estruturais e magn$eacute;ticas em compostos multiferróicos do tipo Yb(1-x)Tb(x)MnO3 (x=0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1)

Autor: Monica Esperanza Bolivar Guarin

Banca Avaliadora

Nivaldo Lúcio Speziali (orientador), Física

UFMG

Von Braun Nascimento, Física

UFMG

Roberto Luiz Moreira, Física

UFMG

Miguel Alexandre Novak

IF/UFRJ

Fábio Furlan Ferreira

DF/UFabc

Orientadores

Nivaldo Lúcio Speziali (orientador)

Departamento de Física - UFMG

Resumo do Trabalho

Os compostos multiferróicos de tipo perovskita RMnO3 apresentam características estruturais, magnéticas e elétricas com fortes correlações que fazem com que este tipo de materiais seja 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 o YbMnO3. No caso do TbMnO3, modificações no ordenamento magnético causam alterações estruturais 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, ∼1000 K. Na presente tese procurou-se encontrar 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-xTbxMnO>sub>3 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-Kα em temperatura ambiente. As estruturas cristalinas foram analisadas usando-se refinamento de Rielveld. 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 Yb0,75T3b0,25MnO3 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 ions terras raras (Yb3+ e Tb3+) na fase hexagonal. A obtenção do conjunto de distâncias e ângulos de ligação permitiu a quantifição de deformações e inclinações dos poliédros de coordenação. Medidas de magnetização em função da temperatura nos modos ZFC e FC e de magnetização em função de campo magnético externo – ciclos de histerese – foram feitas usando um magnetômetro SQUID, em temperaturas variando entre temperatura ambiente e ∼4 K. 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 vêm sinais de frustração magnética associada à rede triangular dos íons Mn3+ e de ferromagnetismo fraco, ocasionado pelas mudanças na 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. Diferentemente, nas concentrações x = 0,50 e 0,75 foram notadas algumas características que sugerem 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, a qualidade dos dados não permitiu bons refinamentos, 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 se poder tirar conclusões quantitativas em todos os compostos, são necessários estudos estruturais mais detalhados em baixas temperaturas, ou seja, melhores medidas devem ser realizadas.