Made available in DSpace on 2014-06-12T18:07:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8001_1.pdf: 796547 bytes, checksum: 0fb59a50ed7bf7c168b00966ecc910d5 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / No presente estudo, desenvolvemos técnicas de magnetoimpedanciometria, utilizando detecção lock-in em altas frequências. Essas técnicas foram usadas para investigar as manganitas La0;7Ca0;3MnO3 e La0;6Y0;1Ca0;3MnO3. As medidas foram feitas na faixa de temperatura (T) de 50 a 300 K e em campos magnéticos (H) de até 6 T, usando corrente dc e ac no intervalo de frequência (f) de 100 kHz a 3 MHz. A partir das medidas com corrente dc, obtivemos as temperaturas de transição metal- isolante (TP ): 260 K e 167,5 K, para a amostra sem e com Y, respectivamente. A magnetorresistência (MR) máxima ocorre em TP e atinge 83% para a amostra sem Y e 91% para a amostra com Y. As medidas ac permitiram investigar tanto a parte real (resistiva) quanto a imaginária (reatância) da impedância. Nesse regime, observamos que em temperaturas muito abaixo e muito acima de TP , a contribui»c~ao dominante para a impedância é resistiva, enquanto que para temperaturas próximas a TP , a parte imaginária é não desprezível e fortemente dependente de f. A parte real da impedância apresenta um estrutura de dois picos µa medida que a frequência da corrente ac é aumentada. Este fenômeno é mais pronunciado na amostra com Y. Para a amostra sem Y a magnetoimpedância (MI) máxima ocorre próximo a TP e atinge 43% enquanto que na amostra com Y a MI máxima ocorre bem abaixo de TP e atinge 81%. Observamos ainda uma histerese em baixos campos na amostra La0;6Y0;1Ca0;3MnO3

Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-07-06T19:18:30Z No. of bitstreams: 1 mestrado.pdf: 10513746 bytes, checksum: a7e2f977b739ba0ba5022409d941a8f0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-06T19:18:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mestrado.pdf: 10513746 bytes, checksum: a7e2f977b739ba0ba5022409d941a8f0 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Em 1881 E. Warburg observou o efeito causado ao aplicar um campo magnético externo em uma amostra de ferro (Fe), observando que a temperatura do material se altera devido à aplicação do campo. Este fenômeno foi chamado, de efeito magnetocalórico (EMC) e pode ser visto desde um processo adiabático como as mudanças na temperatura do material e desde um processo isotérmico com troca de calor e variação na entropia magnética. A principal aplicação do EMC é a refrigeração magnética e tem sido estudado por vários pesquisadores em todo o mundo. Eles estão orientados ao desenvolvimento de materiais magnetocalóricos, como por exemplo, as ligas intermetálicas e as manganitas abordadas neste trabalho. O processo de fabricação das ligas intermetálicas apresenta complicações devido à forma de preparação: fusão em forno a arco voltaico. Portanto, a motivação deste trabalho de dissertação é o desenvolvimento e otimização de técnicas de sintetização de uma amostra monofásica intermetálica para futuros estudos do EMC. As amostras da família tipo RM4B (onde R = Y, La e Lu, M = Mn, Fe, Co e Ni) foram preparadas em um forno a arco, em atmosfera inerte de Argônio (Ar). Na primeira etapa de fabricação as amostras foram confeccionadas com quantidades exatas dos elementos constituintes. Uma segunda etapa de fabricação foi feita utilizando uma quantidade adicional de 3,4% de Y para sintetizar a subfamília YM4B (onde M = Fe, Co e Ni). As amostras foram tratadas termicamente durante 10 dias a 1223 e 1323 K e, mediante medidas de difração de raios X (DRX) foram caracterizadas e, estudadas levando em conta sua forma de preparação. Na segunda etapa de fabricação foi obtida uma amostra monofásica de YCo4B, na qual foram feitas as medições magnéticas de magnetização e susceptibilidade magnética. As manganitas são compostos cerâmicos com estrutura do tipo Perovskita, e sua forma de preparação já é conhecida. Neste trabalho preparamos as manganitas La0,6Sr0,4MnO3 por meio da técnica de Pechine, ou como também é chamada Sol-gel. As amostras foram calcinadas a distintas temperaturas para estudarmos a obtenção de amostras monofásicas com tamanhos de partículas (grão) com dimensões nanométricas. Para esse estudo se utilizou os resultados das medidas de difração de raios X e medidas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), onde foi possível observar que ao aumentar a temperatura de tratamento obtínhamos maiores tamanho de partículas (grãos). / In 1881 E. Warburg measured the effect caused by applying an external magnetic field in a sample of iron (Fe), noting that the material temperature changes due to application of the field. This phenomenon has been called then magnetocaloric effect (MCE) and can be seen from an adiabatic process as changes in material temperature and an isothermal process since as a heat exchange and variation in the magnetic entropy. The main application of MCE is the magnetic refrigeration and has been studied by several investigators worldwide. They are oriented in synthesizing the development of magnetocaloric materials, such as intermetallic alloys and manganites, discussed in this work. So one of the motivations of this dissertation work is the development and optimization of techniques for synthesizing of single phase intermetallic sample for future studies of MCE. The family RM4B type samples (where R = Y, La and Lu, M = Mn, Fe, Co and Ni) were prepared in an arc melting furnace in an inert atmosphere of Argon (Ar). In the first stage of manufacturing samples were fabricated with exact amounts of the constituent elements. A second manufacturing stage was carried out using an additional amount of 3.4 % of Y to synthesize the YM4 B subfamily (where M = Fe, Co and Ni). The samples were annealed for 10 days at 1223 and 1323 K and by measurements of X-ray diffraction (XRD) were characterized and studied in form of preparation. In the second stage of manufacture was obtained one sample phase YCo4B, in which the measurements were made magnetic magnetization and magnetic susceptibility. The manganites are ceramic type perovskite compounds, their preparation is simpler than the preparation of intermetallic alloys. In this work, we synthesize the manganites La0.6Sr0.4MnO3 by Pechine technique, or as it is also called Sol-gel. The samples were calcined at different temperatures to analyze the effects of heat treatment on the crystallization and formation of particle sizes. For this study was used the results from mean X-ray diffraction measurements and scanning electron microscopy (SEM), obtaining that increasing the temperature of the treatment effect of sintering is higher, and therefore the sizes of the particles (grains) are larger.

Orientador: José Antônio Souza. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Física.

Orientadora: Profa. Dra Márcia T. Escote / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2014. / Este trabalho mostra um estudo sistemático da síntese e caracterização da manganita mista La1..xSrxMnO3 (com x = 0, 4; 0, 5 e 0, 6) e os estudos iniciais de síntese e caracterização da manganita mista La1..xBaxMnO3 ( com x = 0, 4; 0, 5 e 0, 6). As amostras foram produzidas a partir de soluções precursoras contendo sais de La, Ba, Sr e Mn misturadas em quantidades estequiométricas em uma solução de hidróxido de potássio (KOH) para a obtenção de manganitas na forma de pós cristalinos utilizando o método de síntese hidrotermal usando um reator de microondas. No trabalho são estudados os parâmetros da reação necessários para a produção destes compostos. Esses parâmetros foram: temperatura de síntese, concentração da solução mineralizadora (KOH), tempo de síntese e porcentagem de preenchimento do vaso reacional. As amostras foram caracterizadas pelas técnicas de difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e medidas de magnetização em função da temperatura e campo magnético aplicado. A partir dos resultados experimentais foram determinadas as condições adequadas para a síntese dessas manganitas, essas condições foram: temperatura do forno de 250C, 30 minutos de síntese, um preenchimento de 50% da capacidade do vaso reacional usado para a síntese de ambas manganitas e concentrações molares na faixa de 9-12 mol/L de KOH na solução para a o caso da síntese da manganita dopada com estrôncio e concentrações 10-14 mol/L de KOH para as manganitas dopadas com bário. As caracterizações mostraram que as manganitas La1..xSrxMnO3 (com x = 0, 4; 0, 5 e 0, 6) obtidas neste estudo cristalizam-se em uma estrutura perovskita distorcida tetragonalmente com tamanho de partículas na faixa de 0, 2 - 8 mm e com uma morfologia irregular. Foi encontrado que o aumento na concentração do mineralizador KOH resulta na obtenção de partículas menores reduzindo a faixa de tamanhos de 3 - 8 mm a 0, 2 - 1 mm no caso das manganitas de lantânio estrôncio manganês preparadas com concentrações molares na faixa de 9 a 12 mol/L de KOH. O aumento da concentração de KOH no caso das manganitas de bário favoreceu a cristalização de microcubos. Os fatores como tempo de síntese e porcentagem de preenchimento do vaso reacional não tiveram um efeito significativo no tamanho ou morfologia dos produtos obtidos neste estudo. Os compostos La0,6Sr0,4MnO3, La0,5Sr0,5MnO3 e La0,4Sr0,6MnO3 tiveram comportamentos típicos ferromagnético abaixo da temperatura de transição e o composto La0,4Sr0,6MnO3 apresentou um comportamento anti-ferromagnético a temperaturas menores a 200K. / This work shows a systematic study for the synthesis and characterization of mixed valence manganites La1..xAxMnO3 (A = Sr and Ba with x = 0.4, 0.5 and 0.6). The samples were produced from precursor solutions containing La, Ba, Sr and Mn salts in stoichiometric amounts in KOH alkaline medium in order to obtain the manganites in the form of crystalline powders using the microwave hydrothermal synthesis technique. In this work we evaluate the necessary parameters for the production of these compounds, these parameters were: temperature synthesis, concentration of mineralizer agent (KOH), synthesis time and the filling percentage of the reaction vessel. The obtained samples were characterized using X-ray diffraction technique (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and magnetic measurements as a function of temperature and applied magnetic field. The results show that the suitable conditions for the synthesis were a temperature of 250C for A = Sr and Ba with KOH concentration in the range of 9 - 12 mol/L for the stronium based manganite and from 10-14 mol/L for de barium based manganite. 30 minutes of hydrothermal synthesis were found sufficient to obtain the manganites and with a filling percentagem of 50% of capacity of the reaction vessel. Were found that the La1..xSrxMnO3 manganites had a tetragonal perovskite structure with particle sizes in the range of 0.2 - 8 mm with irregular morphology. The size of this particles were dependent of the KOH concentration used in the synthesis, It was found that the enhancement of the KOH concentration results in smaller size particles. Others factors as synthesis time and filling percentage have not a significative effect on the manganite morphology. The magnetic measurements of the compounds La0.6Sr0.4MnO3, La0.5Sr0.5MnO3 and La0.4Sr0.6MnO3 show that these compounds present a typical ferromagnetic behavior below their Tc and the compound La0.4Sr0.6MnO3 has an antiferromagnetic behavior below 200K.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-08-24Bitstream added on 2014-06-13T19:29:24Z : No. of bitstreams: 1 silva_ca_me_bauru.pdf: 3461984 bytes, checksum: 726a1953418403989a2dac8b2bceb4e3 (MD5) / As manganitas óxidas apresentam um complexo diagrama de fases magnéticas e muitos dos seus mecanismos fundamentais de interação magnética ainda precisam ser explorados. A nível cristalográfico, as manganitas óxidas de terras-raras têm suas propriedades magnéticas fortemente afetadas pela variação do íon de terra na estrutura cristalina do composto, pela natureza do elemento de transição presente na composição e pela possibilidade deste metal sofrer flutuações de valência. Além disso, a natural ocorrência de vacâncias de oxigênio também presentes nesses materiais cerâmicos são responsáveis por respostas magnéticas distintas. Este trabalho teve como objetivo a síntese, a caracterização estrutural e a caracterização magnética de dois conjuntos de amostras policristalinas da família Er'Co IND. x''Mn IND. 1-x''O IND> 3+ou - δ' preparados pelo Método dos Precursores Poliméricos. O primeiro conjunto apresenta diferentes valores das composições relativas de manganês e cobalto e um segundo conjunto apresenta variações na estequiometria de oxigênio, além dos compostos base ErMn'O POT. 3' e ErCo'O POT. 3'. Para a caracterização cristalográfica, as amostras foram estudadas por difração de Raios X e analisadas através do método de refinamento Rietveld, e a caracterização magnética foi feita por medidas de magnetização em função da temperatura e em função do campo magnético aplicado. Da análise estrutural, tem-se que as amostras produzidas possuíam frações muito pequenas de fases secundárias, sendo que as fases foram quantificadas através do método Rietveld. As medidas magnéticas mostraram a extensa coexistência de diferentes respostas magnéticas para as amostras com composição relativa Co/Mn. / Manganese based oxides present a very complex magnetic phase diagram and still have many of their basic physical properties and magnetic interaction to be better explored. At crystallographic level, rare-earth oxide manganites have their magnetic properties strongly effected by tchanges in the rare-earth ion present in the structure, the nature of the transition element in the structure and also by the possibility of electronic valence fluctuations. Furthermore, the occurrence of oxygen vacancies are also responsible for a sort of different magnetic responses. In this work it was studied the synthesis procedure, structural and magnetic characterization of polycrystalline samples of the ErMn'O POT. 3' e ErCo'O POT. 3' family prepared by a polymeric precursors method. A first group of samples presents different manganese and cobalt contents ratio and a second group of the analized samples presents variations in the oxygen stoichiometric. The structural and crystalographic characterization were performed by X ray powder diffraction and further analyzed by the Rietveld refinement method, and the magnetic characteristic were studied by measurements of magnetization as a function of temperature at different values of applied magnetic field. From structural analysis, the produced sample have a small piece of secondary phase, that were quantifity using the Rietveld method. The magnetic measures showed a larger coexistence of differents magnetics interactions to sample with relative composition Co/Mn.

Submitted by RAFAEL APARECIDO FERREIRA null (frafael@fc.unesp.br) on 2016-10-26T23:30:15Z No. of bitstreams: 1 TESE_VERSAOFINAL_RAFAELFERREIRA_20102016.pdf: 3557281 bytes, checksum: 8e435622b72935c72d8a57048fe6b882 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-11-01T15:32:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ferreira_ra_dr_bauru.pdf: 3557281 bytes, checksum: 8e435622b72935c72d8a57048fe6b882 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-01T15:32:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ferreira_ra_dr_bauru.pdf: 3557281 bytes, checksum: 8e435622b72935c72d8a57048fe6b882 (MD5) Previous issue date: 2016-08-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho teve como objetivo otimizar rotas de síntese de diferentes métodos de materiais cerâmicos monofásicos e estudar propriedades cristalográficas e magnéticas de manganitas destes materiais. Foram utilizados os métodos da reação no estado sólido, método da reação de combustão e o método hidrotérmico. Após otimização, foram sintetizadas pelo método da reação de combustão amostras com composição nominal Bi1-xMxMn2O5, onde (M= Eu, Er e x = 0,10). Para obter as fases desejadas, os materiais sintetizados pelo método da combustão foram tratados termicamente a diferentes temperaturas de 600°C, 700°C e 800°C para amostras de composição BiMn2O5, e a 900°C para as amostras com substituições de Eu e Er. Já, as amostras obtidas pelo método da reação no estado sólido foram tratadas a 700, 750 e 800°C por 24 horas em cada temperatura. Para o estudo da das fases cristalográficas formadas nos materiais foi utilizada a difração de raios X, seguida do refinamento estrutural pelo método de Rietveld. Os métodos de síntese, por combustão com ureia e de reação no estado sólido, permitiram obter amostras monofásicas para o material com composição nominal BiMn2O5, que apresentaram estrutura perovisquita do tipo mulita e grupo espacial Pbam, a reação de combustão com ureia permitiu também obter amostras monofásicas para a composição nominal Bi1-xMxMn2O5, na qual (M = Eu e x = 0,10), onde foi observada a formação de um material monofásico com a mesma estrutura e grupo espacial do BiMn2O5 (ICSD-026806), que sugere a substituição do sítio do Bi+3 por cátions Eu+3, para as composições nominais onde x = 0,1. A microscopia eletrônica de varredura indicou que o material sintetizado pelo método de combustão por ureia apresentou uma boa distribuição de partículas da ordem de 300 nm, enquanto que o método da reação no estado sólido permitiu obter amostras da ordem de 1 µm. No estudo do comportamento magnético das amostras foram realizadas medidas magnéticas em função da temperatura em procedimento ZFC (medida de magnetização com resfriamento sem campo magnético aplicado) e FC (medida de magnetização com resfriamento com campo magnético aplicado) na faixa de temperaturas de 2 a 300 K, para campos magnéticos aplicados de 100 Oe, para as amostras obtidas pelo método do estado sólido, que apresentaram comportamento típico antiferromagnético nas duas curvas (TN ~ 40 K). As medidas de magnetização em função da temperatura, obtidas pelo procedimento ZFC-FC, indicaram que as amostras com composição BiMn2O5, obtidas pelos métodos da reação por combustão apresentam uma resposta típica antiferromagnética com TN ~ 40 K nas curvas medidas em modo ZFC. Tal resposta se deve a ocupação dos cátions de Mn+3 nos sítios pirâmide tetragonal e Mn+4 nos sítios octaédricos da estrutura perovisquita do tipo mulita. Por fim, as amostras com composição nominal Bi0,9Eu0,1Mn2O5 apresentam um aumento na magnetização do material trazendo uma componente ferromagnética para o mesmo observada na sua curva FC com TC em 44,3 K. Isto ocorre devido a o momento magnético não nulo dos íons Eu3+, que ocupam os sítios octaedrais do bismuto. / The objective of this work is to optimize different methods of routes for synthesis of monophasic ceramic materials, and to study the crystallographic as well as its manganites magnetic properties. The reaction methods to be analyzed were the solid state reaction method, the combustion reaction method and the hidrothermic method. After optimization, the samples with nominal composition of Bi1-xMxMn2O5 (M= Eu, Er e x = 0.10) were synthesized using the combustion reaction method. With the aim of obtaining the desired phases, the synthesized materials using the combustion reaction method were then treated thermally at 600, 700 and 800oC for the samples presenting composition BiMn2O5, and 900oC for the samples containing substitutions Eu and Er. The samples obtained by the solid state reaction method were treated at 700, 750 and 800oC for 24 hours for each temperature. The X-ray diffraction using the Rietveld method for structural refining was used to study the crystallographic phases formed in the studied materials. The synthesis methods for combustion with urea as well as solid state allowed to obtain monophasic samples for the materials with nominal composition of BiMn2O5. They presented perovskite-like mullite-type structure with special group Pbam. The combustion reaction method with urea also allowed to obtain monophasic samples with nominal composition Bi1-xMxMn2O5, (M = Eu e x = 0.10), where it was possible to observe the formation of a monophasic material with the same structure and space group of BiMn2O5 (ICSD-026806). This result suggests the substitution of the Bi3+ site for Eu3+ cations for the nominal compositions with x = 0.1. The scanning electron microscopy indicated that the materials synthesized for combustion with urea presented a good particle distribution in the order of 300 nm, while the materials synthesized for solid state allowed to obtain samples in the order of 1 µm. The studies involving the magnetic behavior of the samples were performed through magnetic measurements as a function of temperature with ZFC (zero field cooled), as well as FC (field cooled). The measurements were performed in the range of temperatures from 2 to 300 K for the applied magnetic fields of 100 Oe when used samples obtained by the solid state reaction method. They presented typical antiferromagnetic behavior in the two curves (TN ~ 40 K). The measurements of magnetization as a function of temperature obtained through the ZFC-FC procedures indicated that the samples with composition BiMn2O5 obtained by the combustion reaction method presented a typical antiferromagnetic response with TN ~ 40 K in the curves measured in ZFC mode. Such a response is due to the occupation of Mn3+ cation in the tetragonal pyramid sites and Mn4+ in the octaedric sites for the perovskite structure mullite-type. Lastly, the samples with nominal composition Bi0,9Eu0,1Mn2O5 presented an increase in the material magnetization bringing a ferromagnetic component to the same observed in its FC curve with TC ~ 44,3 K. The last happens due to a not null magnetic moment of the Eu3+ ions that occupy the octaedric sites of bismuth. / CAPES: 8965/11-0

Orientador: Sergio Gama / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-09T01:21:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocco_DanielLeandro_D.pdf: 7791593 bytes, checksum: 4428135e865b15fec8e5338713adba04 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: No presente trabalho são apresentados os resultados da avaliação do Efeito Magnetocalórico (EMC) das cerâmicas manganitas e do intermetálico La(Fe,Si)13. Para as manganitas foram produzidas amostras do tipo Tr1-x Mx MnO3(com Tr = terra-rara e M = alcalino-terroso). Em alguns conjuntos de amostras variou-se a quantidade x, ou seja, mudou-se a relação entre o Mn3+ e Mn 4+. Em outro conjunto a quantidade x era fixada em 0,4 e fazia a substituição da terra-rara pelo alcalino-terroso. Isto tinha como efeito a alteração do valor do raio iônico médio do sítio A <rA>. As amostras obtidas foram caracterizadas por difração de raios-X com refinamento Rietveld, metalografia óptica, e medidas magnéticas. Estas últimas permitiram o cálculo do EMC, que foi avaliado em função de x e de <rA>. Chegou-se a conclusão que à medida que < rA> diminuí há um aumento do acoplamento spin-rede que promove uma mudança do caráter da transição magnética de segunda para primeira ordem, provocando, portanto, um aumento do EMC. O outro material estudado foi o sistema metálico La(Fe,Si)13, cujo método de obtenção é por meio de fusão em forno a arco. Na verdade, é assim que todos os trabalhos da literatura sugerem preparar esta liga. Porém, descobriu-se neste trabalho de doutorado um intervalo de imiscibilidade, ainda não reportado na literatura, que origina-se no sistema binário La-Fe, e se expande para a liga ternária. Este fato tem implicações importantíssimas, pois comprova que apenas pelo processo de fusão da liga não é possível a obtenção deste material de forma monofásica. Então, se propõe uma nova forma de preparação do material que consiste na fusão em forno a arco com uma posterior pulverização das amostras e um tratamento térmico por longos períodos em atmosfera inerte / Abstract: In the present work we show the results of the Magnetocaloric effect evaluation for ceramics manganites and for La(Fe,Si)13 intermetallic. The manganites sample produced were of Tr1-x Mx Mn O3 (Tr = rare-earth and M = alkaline earth) type. In one sample group it was changed the quantity x, or equivalently, the relation between the Mn3+ and Mn4+. On the other sample set, the x amount was fixed in 0.4 and the replacement was from the rare-earth to alkaline earth. This had as effect the variation of the value of the average ionic radius (<rA>) of site A. The samples that obtained were characterised by x-Rays diffraction with Rietveld analyses, optic metallographic and magnetic measurements. The latter made possible the calculation of the MCE, which was evaluated as a function of x and < rA>. We conclude that as soon as <rA> diminishes there is an increase of the spin-lattice coupling that promotes a change in the magnetic transition order, causing, than, an increase of MCE. The second material studied was the metallic system La(Fe,Si )13, which preparation method is by arc-melting. In fact, in other works this material was obtained using this technic, but it was discovered in this Ph. D. work an immiscibility interval, until now not reported. This miscibility gap has its origin in the binary La-Fe phase diagram, and it extends for ternary alloy. This fact has an important implication, because it shows that with only the fusion process of the alloy it is impossible to obtain a single phase material. So, we propose a new way for material preparation that consists in the arc-melting with followed by sample milling and heat-treatment for a long time in an inert atmosphere / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Prof. Dr. José Antonio Souza / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2014. / Neste trabalho, foram estudados tres sistemas de metais de oxidos de transicao os quais apresentam propriedades fisicas fortemente correlacionadas. O primeiro sistema foi uma serie da familia das manganitas La1-xCaxMnO3, com x = 0.20, 0.25, 0.30, 0.34, 0.40 e 0.45. Um estudo sistematico das propriedades magneticas e de transporte eletrico foi realizado nessa serie. O mecanismo de transporte eletrico usando o modelo de hopping de pequenos polarons no regime nao adiabatico foi revisitado considerando termos de ordem superior na equacao que descreve a probabilidade de hopping. Foi obtida uma equacao mais generica para descrever satisfatoriamente a dependencia com a temperatura da resistividade eletrica dos compostos com maior dopagem (x = 0.40 e 0.45). A analise dos parametros fisicos obtidos do ajuste indica que o regime nao adiabatico considerando termos de ordem superior e necessario para descrever o mecanismo de transporte eletrico em compostos com resistividade eletrica elevada. Por outro lado, um desvio da lei de Curie-Weiss foi observado no estado paramagnetico nesta serie indicando a presenca de interacoes magneticas de curto alcance. Um estudo sistematico do momento magnetico efetivo em funcao da temperatura e dos portadores de carga indica que tal desvio nao pode ser causado pela formacao de clusters ferromagneticos, onde os ions de Mn3+ e Mn4+ interagem via o mecanismo de dupla troca, como comumente sugerido na literatura. Os resultados revelam que os eletrons eg estao localizados no ion de Mn3+ independentemente da introducao de buracos no sistema sugerindo a presenca de interacoes magneticas do tipo supertroca. O segundo sistema estudado e a ferrita de bismuto com propriedades multiferroicas Bi2Fe4O9. A influencia da introducao de desordem quimica no composto Bi2Fe4O9, atraves da substituicao parcial do Fe pelo Mn [Bi2Fe4-xMnxO9+¿Ã, com x = 0, 1.0, 2.0, 3.0 e 4.0], sobre as propriedades fisicas foi investigada. Foi encontrado que a desordem quimica causa alteracoes em varias propriedades: (1) surgimento de uma coexistencia de duas fases cristalograficas tipo-Bi2Mn4O10 e tipo-Bi2Fe4O9 para x = 1.0 e 2.0; (2) inducao de uma transicao antiferromagnetica em temperaturas muito baixas onde a temperatura de Neel (TN) varia com x; (3) diminuicao do valor da resistividade eletrica alcancando o seu minimo valor em x = 3.0. Foi observado que o mecanismo de transporte eletrico de todas as amostras obedece ao regime adiabatico do modelo de hopping de pequenos polarons. A energia de ativacao e a frequencia de hopping de algumas amostras exibem uma alteracao em altas temperaturas. Foi sugerido que tais alteracoes sao induzidas devido a variacoes nas posicoes de equilibrio dos ions de oxigenio, caracterizadas atraves de medidas locais usando a tecnica de correlacao angular perturbada. Alem disso, um campo magnetico hiperfino foi encontrado, o qual surge devido a transicao antiferromagnetica de longo alcance das amostras Bi2Fe4O9 (250 K) e Bi2Mn4O10 (39 K). Evidencias do acoplamento magnetoeletrico nas amostras Bi2Fe4O9 e Bi2Mn4O10 foram reveladas atraves de uma variacao anomala na dependencia com a temperatura da frequencia quadrupolar (¿ËQ) e do parametro de assimetria (¿Å). O terceiro composto estudado e a ferrita de bismuto BiFeO3 a qual tambem exibe propriedades multiferroicas. Um estudo sistematico das propriedades magneticas e eletricas de nanoparticulas de BiFeO3 com dois tamanhos levemente diferentes (S1 e S2) foi realizado. Medidas de susceptibilidade magnetica em funcao da temperatura sugerem a presenca de um estado do tipo spin-glass em baixas temperaturas nas duas amostras. Foi mostrado que a presenca de fase magnetica espuria em porcentagens muito pequenas (nao detectaveis por difracao de raios x) pode afetar fortemente as propriedades magneticas e eletrica de nanoparticulas de BiFeO3. Mostrou-se que as propriedades eletricas (resistividade eletrica, impedancia, polarizacao e constate dieletrica) desse composto podem ser influenciadas pela adsorcao quimica e fisica de moleculas de agua na superficie da amostra. Medidas de resistividade eletrica obtidas em atmosfera ambiente revelaram que a principal contribuicao ao mecanismo de conducao e a delocalizacao de vacancias de oxigenio. Ja as medidas realizadas com fluxo de argonio mostraram uma queda abrupta em forma de cascata da resistividade eletrica em funcao da temperatura. Esse processo e reversivel com a diminuicao da temperatura sugerindo uma transicao de fase. Acredita-se que nas medidas em atmosfera ambiente, esse efeito e suprimido devido ao aumento da resistividade eletrica causado pela dessorcao de moleculas de agua em altas temperaturas. Alem disso, a polarizacao eletrica e constante dieletrica assumem valores colossais em altas temperaturas e baixas frequencias. / In this work, we have studied three systems of transition metal oxides which exhibit strongly correlated physical properties. The first system was the magnetoresistive series La1-xCaxMnO3, with x = 0.20, 0.25, 0.30, 0.34, 0.40 and 0.45. A systematic study of the magnetic and electrical transport properties has been done in this series. The non-adiabatic regime of the small polaron model was revisited considering higher order terms in the hopping probability equation. We have obtained a more general equation in order to describe the temperature dependence of the electrical resistivity for compounds with higher doping (x = 0.40 to 0:45). The analysis of the physical parameters obtained from the fitting indicates that the non-adiabatic regime with higher order terms is needed to describe the electric transport mechanism in compounds with high electrical resistivity. On the other hand, it was observed a deviation from the Curie-Weiss law in the paramagnetic state indicating the presence of short-range magnetic interactions in this series. A systematic study of the effective magnetic moment as a function of temperature and charge carriers indicates that such deviation may not be caused by the formation of ferromagnetic clusters, where the ions Mn3+ and Mn4+ interact via double exchange mechanism, as commonly suggested in the literature. The results reveal that electrons eg are localized in the Mn3+ ion regardless of the introduction of holes in the system suggesting the presence of super-exchange like magnetic interactions. The second studied system was the bismuth ferrite Bi2Fe4O9 with multiferroic properties. The influence of the chemical disorder, produced by partial substitution of Fe in the Mn-site [Bi2Fe4-xMnxO9+å, with x = 0, 1.0, 2.0, 3.0 and 4.0], on the physical properties of Bi2Fe4O9 was studied. We have found that several physical properties are altered by the chemical disorder: (1) appearance of coexistence of two crystallographic phases Bi2Fe4O9-type and Bi2Mn4O10-type for x = 1.0 and 2.0; (2) presence of an antiferromagnetic transition at very low temperatures where the Neel temperature (TN) depends on x; (3) reduction of electrical resistivity value which reaches its minimum value at x = 3.0. It has been observed that the electric transport mechanism for all samples follows the adiabatic regime of the small polaron model. Interesting, the values of the activation energy and hopping frequency of some samples are not constant. We suggested that this result is caused by variation in the equilibrium positions of oxygen ions. Such variations were characterized by using the perturbed angular correlation local technique. Furthermore, we have observed that a hyperfine magnetic field arises simultaneously with the long-range antiferromagnetic transition in the samples Bi2Fe4O9 (TN = 250 K) and Bi2Mn4O10 (TN = 39 K). An anomalous behavior in the temperature dependence of the quadrupolar frequency (íQ) and asymmetry parameter (ç) provided evidence about the existence of magnetoelectric coupling in the compounds Bi2Fe4O9 and Bi2Mn4O10. The third studied system was the bismuth ferrite BiFeO3 which also exhibits multiferroic properties. We have performed an electrical and magnetic properties comprehensive study on two sets of BiFeO3 nanoparticles with slightly different sizes (S1 and S2). It was observed that the presence of spurious magnetic phase in very small amounts (not detectable by x-ray diffraction) can strongly affect the magnetic and electrical properties of BiFeO3 nanoparticles. We have also observed that the electrical properties (resistivity, impedance, polarization, and dielectric constant) of this compound can be influenced by chemical and physical adsorption of water molecules on the sample surface. Furthermore, the analysis of the electrical resistivity measurements obtained at ambient atmosphere suggests that the delocalization of oxygen vacancies is the main contribution to the transport mechanism. On the other hand, the measurements obtained with argon flow revealed that the electrical resistivity undergoes an abrupt decrease such as cascade-like behavior. This process is reversible on warming and cooling curves suggesting a phase transition. We believe that in the measurements obtained at ambient atmosphere, this effect is suppressed due to increase of the electrical resistivity caused by desorption of water molecules at high temperatures. The electrical polarization and dielectric constant exhibit colossal values at high temperatures and low frequencies.

Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE / In this work, we studied the h-RMnO3 (R = Er, Tm, Yb, Lu, In and Sc) manganites which are materials with important multiferroic properties. The classical atomistic simulation was used in order to obtain a set of interatomic potentials that describe the structural properties of manganite family in ferroelectric phase (FE). The structural properties such as the lattice parameters, the unit cell volume and the interatomic distances were investigated and compared with results of the literature. The influence of chemical pressure on the structural properties of these compounds was analyzed. It was observed that the lattice parameters (a and c) and the volume of the unit cell increase as the ionic radius of the R3+ ion increases. All h-RMnO3 manganites were studied under hydrostatic pressure up to 40 GPa. It was observed that the lattice parameters (a and c) and the unit cell volume decrease with an increase in the hydrostatic pressure. The paraelectric phase (PE) was studied using the interatomic potential developed in the ferroelectric phase. Thus, the structural properties in this phase were obtained and compared with the literature. Effects of doping of trivalent ions on the h-LuMnO3 manganite were studied in three crystallographic sites (Mn, Lu1 and Lu2). Solution energy was calculated for all dopants (Al, Cr, Ga, Fe, Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd e La) and the results showed that the Mn site has the lowest solution energy, therefore, the Mn site is energetically more favorable. The metals (Al, Cr, Ga, Fe) dopants proved to be more favorable to incorporate at the Mn site than rare earths ones (Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd and La), but at the Lu site the rare earths are energetically more favorable to incorporate. The calculated interatomic distances at the Mn site decreases when doping with metal (Al, Cr, Ga and Fe). However, these distances increase when doping is done with rare earth (Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd and La). In addition, important ferroelectric distortion properties were evaluated due the change in the tilting angle of the MnO5 bipyramid. The tilting angle increases in the pure system if the doping is done with metals (Al, Cr, Ga, Fe) for all sites. On the other hand, the tilting angle decreases with rare earth ions incorporation at the Mn and Lu1 sites and increases in the rare earths doping at the Lu2 site. / Estuda-se neste trabalho as manganitas h-RMnO3 (R = Er, Tm, Yb, Lu, In e Sc), que são materiais que apresentam importantes propriedades multiferroicas. A simulação atomística clássica foi usada com o objetivo de obter um conjunto de potenciais interatômicos que descrevam as propriedades estruturais da família de manganitas na fase ferroelétrica (FE). As propriedades estruturais como os parâmetros de rede, o volume da célula unitária e as distâncias interatômicas foram investigadas e comparadas com a literatura. Em vista disso, a influência da pressão química nessas propriedades estruturais foi analisada. Observou-se que os parâmetros de rede (a e c) e o volume da célula unitária aumentam à medida que o raio iônico do íon R3+ aumenta. Todas as manganitas h-RMnO3 foram submetidas a uma pressão hidrostática de até 40 GPa. Verificou-se que houve uma redução nos parâmetros de rede (a e c) e no volume da célula unitária à medida que a pressão hidrostática aumenta. A fase paraelétrica (PE) foi estudada utilizando os potenciais interatômicos desenvolvidos na fase ferroelétrica. Com isso, as propriedades estruturais nessa fase foram obtidas e comparadas com a literatura. O efeito da dopagem com íons trivalentes foi estudado em três sítios cristalográficos (Mn, Lu1 e Lu2) da manganitas h-LuMnO3. A energia de solução foi calculada para todos os dopantes (Al, Cr, Ga, Fe, Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd e La) e os resultados mostraram que o sítio do Mn possui a menor energia de solução, portanto, esse é o sítio energeticamente mais favorável. Diante disso, os metais (Al, Cr, Ga, Fe) se mostraram energeticamente mais favoráveis que os terras raras (Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd e La) no sítio do Mn, porém nos sítios do Lu1 e Lu2 os terras raras são mais favoráveis de serem incorporados. As distâncias interatômicas calculadas no sítio do Mn diminuem após a dopagem com os metais (Al, Cr, Ga e Fe), enquanto que essas distâncias aumentam quando a dopagem é realizada com os terras raras (Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd e La). Além disso, os efeito da dopagem na distorção ferroelétrica foram avaliadas com a mudança no ângulo de tilting da bipirâmide MnO5. Um aumento do ângulo de tilting em relação ao sistema puro é obtido quando a dopagem é realizada com metais (Al, Cr, Ga, Fe) para todos os sítios estudados. Por outro lado, o ângulo de tilting decresce quando ocorre a incorporação de íons terras raras nos sítios do Mn e Lu1, mas aumenta quando a dopagem dos terras raras é realizada no sítio do Lu2. / São Cristóvão, SE

A ênfase deste trabalho foi a aplicação da técnica de RMN em campo zero para a obtenção do acoplamento quadrupolar e dos espectros de RMN em banda larga dos núcleos de 27Al (amostra GdAl2), 139La e 55Mn (amostras de Manganita), à temperatura de 4,2 K. O objetivo do trabalho foi obter resultados confiáveis tanto em relação aos espectros quanto aos valores dos acoplamentos quadrupolares das amostras de GdAl2 e de Manganitas, e utilizar estes resultados para auxiliar a entender e a determinar algumas das propriedades físicas destes materiais (no caso do GdAl2 o comportamento tipo Spin-Glass e o efeito Magnetocalórico, no caso das Manganitas a Magnetoresistência Colossal). Para se determinar o valor do acoplamento quadrupolar utilizou-se a técnica de medida das oscilações quadrupolares. Os espectros de RMN, em banda larga, foram obtidos utilizando-se a técnica de eco de Hahn variando-se a frequência de excitação em uma faixa de 5 a 500 MHz. A maior sensibilidade do equipamento montado em nosso laboratório permitiu que se observassem os múltiplos ecos devidos à interação quadrupolar. Consequentemente, estes ecos permitiram a obtenção de espectros de RMNz de 27Al com alta resolução e a medida do valor do acoplamento quadrupolar diretamente do espectro. Também foi mostrado que os múltiplos ecos do 27Al são originados em regiões diferentes da amostra. Os resultados dos experimentos de oscilação quadrupolar em amostras de Manganitas permitiram que se observassem vários valores de acoplamento quadrupolar, que podem ser devido à desordem da estrutura cristalina dos octaedros de MnO6 ou à variação angular do ângulo entre o campo magnético hiperfino e a o eixo de fácil magnetização. Também foi mostrado que os valores de acoplamento quadrupolar mudam em função do elemento dopante utilizado. A aplicação do campo externo diminui a distribuição de acoplamento quadrupolar, mostrando que a aplicação do campo magnético externo causa mudanças ou na rede cristalina e/ou na orientação do campo magnético hiperfino e, consequentemente, sobre as propriedades físicas das Manganitas. A comparação entre os espectros de 139La e 55Mn das diferentes amostras de Manganita mostrou a coexistência de fases magnéticas. Estes resultados mostram que a técnica de RMNz é uma excelente ferramenta para se determinar o estado magnético fundamental dos materiais magnéticos e as mudanças na estrutura cristalina através da observação do acoplamento quadrupolar. / The emphasis of this work was the application of zero-field NMR technique to obtain the quadrupole coupling and NMR broadband spectra of the nuclei 27Al (GdAl2 sample), 139La and 55Mn (Manganites samples), at 4.2 K. The objective was to obtain reliable results for both spectra and quadrupole coupling values of samples GdAl2 and Manganites, and use these results to help understand and determine some of the physical properties of these materials (for GdAl2 the Spin-Glass type behavior and the Magnetocaloric effect and for Manganites the Colossal Magnetoresistance effect). To determine the value of the quadrupole coupling it was used the quadrupole oscillations technique. The NMR broadband spectra were obtained using the Hahn echo technique, in the frequency excitation range 5 to 500 MHz. The greater sensitivity of the equipment allowed observing multiples echoes due to quadrupole interaction, these echoes allowed to obtain spectra of zero field RMN of 27Al with high resolution and measure the value of the quadrupole coupling directly from the spectrum. It was also shown that the 27Al multiple echoes are generated in different regions of the sample. The quadrupole oscillation experiments results on Manganite samples have obtaned several values of quadrupole coupling, indicating that the Manganites Ferromagnetic Metallic Phase present high degree of disorder or, in the crystalline structures or in the hyperfine magnetic field direction. It was shown that the change in the value of the quadrupole coupling depends on the dopant used in the Manganites composition. The results of the quadrupole oscillations with application of an external magnetic field showed that the degree of disorder decreases due to the external magnetic field, showing the influence of the external magnetic field on the crystal network and/or in the hyperfine magnetic field direction, and consequently of some Manganites physical properties. The comparison between the spectra of 139La and 55Mn of the different Manganite samples shows the coexistence of different magnetic phases. These results showing that the technique of zero-field NMR is excellent to determine the fundamental magnetic state of the magnetic materials and observe changes in the crystal structure by the observation of the quadrupole coupling.