Orientador: Pascoal José Giglio Pagliuso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-15T19:42:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bufaical_LeandroFelixdeSousa_D.pdf: 2467040 bytes, checksum: 4460b75c04d570fb27584b7dfff2c5f3 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Há muitas décadas os óxidos de metais de transição são tema de grande interesse científico devido à grande variedade de propriedades físicas interessantes que apresentam, com suas possíveis aplicações tecnológicas. Mais recentemente, por exemplo, os óxidos de metais de transição com propriedades multiferróicas ganharam destaque na comunidade científica como potenciais dispositivos magneto-eletrônicos. Muitos óxidos de metais de transição se formam na estrutura cristalina chamada perovskita simples, com simetria cúbica ou distorcida. Muitos outros óxidos podem se cristalizar numa variante da perovskita simples, a chamada perovskita dupla ordenada (PDO), que possui fórmula geral A2B¿B¿¿O6, onde o íon A ocupa os vértices do cubo enquanto os cátions B¿ e B¿¿ se alternam nos centros dos octaedros de oxigênio. Dois compostos com estrutura PDO bastante estudados são o Sr2FeReO6 e Sr2FeMoO6 devido ao fato de apresentarem, entre outras propriedades interessantes, comportamento meio-metálico (halfmetal), magnetrorresistência por tunelamento à temperatura ambiente, ferrimagnetismo com TC acima de 400K em ambos os compostos. As propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas dessas PDOs estão altamente conectadas e são fortemente dependentes do grau de hibridização dos orbitais d dos cátions B¿¿. Assim, se fazem importantes os estudos de novos compostos PDO a fim de se investigar as idéias correntes propostas em literatura e, nesse contexto, reportamos aqui os resultados da síntese e caracterização das séries inéditas Ca2-xLaxFeIrO6 e Sr2-xLaxFeIrO6, onde o Ir, assim como o Re e Mo, é metal de transição, no caso com caráter 5d, e pode assumir diferentes estados de valência. As medidas de magnetização indicaram que estes sistemas tendem a evoluir de antiferromagnéticos nas extremidades das séries, x = 0 e x = 2, para ferrimagnéticos em regiões intermediárias da série. Medidas realizadas no composto de maior magnetização da série de Sr, o Sr1.2La0.8FeIrO6, indicaram que este composto se ordena ferrimagneticamente em torno de 700 K, sendo esta a mais elevada TC já reportada para perovskitas duplas. Medidas de resistividade em função da temperatura indicaram que os compostos apresentam comportamento isolante e praticamente nenhum efeito magneto-resistivo. No composto antiferromagnético Sr2FeIrO6 foi estudada a resistividade sob efeito de pressão e, embora não tenha ocorrido nenhuma transição metal-isolante, ocorre uma diminuição sistemática da resistência do material e da inclinação da curva à medida que a pressão aumenta, indicando um comportamento do tipo isolante de Mott nesse composto. Neste trabalho são apresentados também resultados dos estudos realizados na perovskita TbMnO3. Realizamos neste óxido medidas de susceptibilidade magnética, calor específico, Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR) e absorção de microondas para várias temperaturas. A susceptibilidade magnética e o calor específico confirmaram para a amostra estudada as temperaturas de transição de fase magnética (TN = 41 K) e ferroelétrica (Tlock) já reportadas em literatura. Os espectros de EPR mostraram para todo o intervalo de temperatura uma única linha consistente com uma forma de linha Lorentziana e um valor de g independente da temperatura g = 1.96(3) consistente com Mn3+ em um meio isolante. A largura de linha sofreu um alargamento com a temperatura seguindo uma lei do tipo C/T. Esse alargamento impediu a observação dos espectros de ressonância em torno das regiões de temperaturas das transições de fase magnética e ferroelétrica. Devido à forte dependência da constante dielétrica com a freqüência, as medidas realizadas com a cavidade de campo elétrico não permitiram a observação de qualquer anomalia em torno das temperaturas de transições / Abstract: For many decades the transition metal oxides are subject of great scientific interest because of the wide variety of interesting physical properties and their potential technological applications. More recently, for example, oxides of transition metals with multiferroic properties have been considered as potential magneto-electronic devices. Many transition metal oxides form in the perovskite crystalline structure, with cubic or distorted symmetry. Many other oxides can crystallize in a variant of the simple perovskite, called the ordered double perovskite (ODP), which has the general formula A2B'B''O6, where the A ion occupies the vertices of the cube while the cations B 'and B'' alternate in the centers of the oxygen octahedra. Sr2FeReO6 and Sr2FeMoO6 are two compounds with the ODP structure which were extensively studied due to their interesting properties such as half-metal behavior, tunneling magnetoresistance at room temperature and ferrimagnetic order (TC above 400 K). The structural, electronic and magnetic properties of these ODPs are highly correlated and are strongly dependent on the strong d orbitals hybridization of the of the B'' cations. Therefore, studies of new ODP compounds are important in order to investigate the current ideas proposed in the literature and improve the understanding of their physical properties. We report here our results of synthesis and characterization of the unpublished series Ca2-xLaxFeIrO6 and Sr2-xLaxFeIrO6, where the Ir such as Re and Mo are transition metal, with d character that can assume different valence states. The magnetic measurements indicated that those systems tend to evolve from antiferromagnetics at the ends of the series, x = 0 and x = 2, to ferrimagnetic for intermediate regions of the series. Measurements performed in the compound of higher magnetization in the Sr serie, Sr1.2La0.8FeIrO6 indicated that this compound orders ferrimagnetic around 700 K, which is the highest TC ever reported for double perovskites. Resistivity measurements as a function of temperature indicated that these compounds also exhibit insulating behavior and virtually no magneto-resistive effect. In the antiferromagnetic compound Sr2FeIrO6, the effect of pressure on the resistivity was investigated, and although no metal-insulator transition was seen, there is a systematic decrease of the resistance and the slope of the curve as the pressure increases, indicating a Mott insulator-like behavior in this compound. This work also presents results on the TbMnO3 perovskite. We have performed magnetic susceptibility, specific heat, Electron Paramagnetic Resonance (EPR) and microwave absorption measurements at various temperatures. Magnetic susceptibility and specific heat data confirmed the ocurrence of a magnetic (TN = 41 K) and ferroelectric (Tlock) phase transition. The EPR spectra showed, for the entire temperature range measured, a single Lorentzian line shape and T independent g-value = 1.96 (3), consistent with the resonance of Mn3+ in an insulating environment. The width line broadens with the decreasing temperature following a C/T law. This broadening prevented the observation of the resonance spectra near the magnetic and ferroelectric phase transitions. Because of the strong frequency dependence of the dielectric constant, the measurements performed with the electric field cavity also did not allow observation of any anomaly around the ferroelectric transition / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Materiais que apresentam um acoplamento entre as propriedades elétricas e magnéticas, conhecidos como magnetoelétricos, estão despertando a atenção da comunidade acadêmica nos últimos anos principalmente devido ao seu grande potencial tecnológico no desenvolvimento de materiais multifuncionais. Sendo um maior esforço concentrado na obtenção de novos materiais multiferróicos, que são aqueles que possuem duas ou mais ordens ferróicas, em especial os que apresentam ferroeletricidade e ferromagnetismo. Este trabalho tem como objetivo uma investigação das propriedades dielétricas e magnéticas de um grupo de materiais ainda pouco estudado a fim de se compreender os mecanismos responsáveis pelo efeito magnetoelétrico, de forma a contribuir com a pesquisa nessa área. As amostras estudadas são os óxidos de titânio e cromo Nd(1-x)A(x)CrTiO5 (A=Y, La) e GdCrTiO5, todos na forma de cerâmicas policristalinas monofásicas. Foram discutidas de que forma a diluição da subrede magnética do neodímio afeta o caráter magnetoelétrico observado nesse material e qual a importância de cada uma das subredes (Nd3+/Gd3+ e Cr3+) nas propriedades dielétricas e magnéticas. Verificamos que o efeito magnetoelétrico é sensível a variações na rede do Nd3+. Entretanto, nossos resultados no composto GdCrTiO5 indicam que as subredes magnéticas são pouco acopladas, o que indica que o ion Cr3+ talvez seja o responsável por dirigir o efeito magnetoelétrico nesta família de materiais. / The coupling of the electric and magnetic properties in the magnetoelectric compounds is attracting a great deal of interest in the scientific community due to the huge potential for application based on new multifunctional materials. Of special attention are the so-called multiferroics, materials that simultaneously show ferromagnetism and ferroelectricity. The main purpose of this work is the experimental investigation of the dielectric and magnetic properties of a relatively less known class of materials with the aim to identify the origin of the magnetoelectric coupling. We study the single phase polycrystalline compounds Nd(1-x)A(x)CrTiO5 (A=Y, La) and GdCrTiO5 and discuss the effect of dilution of the Nd3+ ions and the importance of each magnetic sublattice on the samples behavior. We find that the magnetoelectric effect is susceptible to changes in the Nd3+ site. At the same time, our results indicate that the two magnetic sublattice (Nd3+/Gd3+ and Cr3+) are only weakly coupled indicating that the Cr3+ magnetic sublattice might be responsible for driving the magnetoelectric effect in this family of compounds.

Submitted by João Francisco Vieira Masteghin null (joaomasteghin@gmail.com) on 2018-04-16T21:18:21Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Final.pdf: 2348816 bytes, checksum: 9fdfdbe5ee57f69406f5ad67e41a18fc (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-04-17T13:19:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 masteghin_jfv_me_ilha.pdf: 2348816 bytes, checksum: 9fdfdbe5ee57f69406f5ad67e41a18fc (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-17T13:19:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 masteghin_jfv_me_ilha.pdf: 2348816 bytes, checksum: 9fdfdbe5ee57f69406f5ad67e41a18fc (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Foram preparados filmes finos, de Ferrita de Bismuto (BiFeO3), considerado um dos principais multiferróico que são classes de materiais que apresentam ferroeletricidade e ferromagnetismo simultaneamente. Os filmes foram preparados por um rota química chamada de Sol-gel modificado, variando-se a quantidade de % de mol do Bismuto, depositados em substratos de platina Pt/TiO2/SiO2/Si(100), variando-se a temperatura de cristalização entre 400°C a 600°C, com o objetivo de eliminar algumas fases indesejadas encontradas na literatura. Alguns filmes finos passaram pelo tratamento térmico em atmosférica de O2, com o intuito de diminuir a condutividade, causada pelas vacâncias de oxigênio no material. Pelos resultados obtidos foi possível conseguir filmes finos sem as fases indesejadas e com condutividade não tão alta, sendo possível realizar análises elétricas. Assim, tornou-se possível analisar o comportamento da permissividade, impedância e condutividade em função do campo aplicado e da temperatura. Com tais resultados mostra-se a indicação de polarização iônica nestes filmes. Eles apresentam uma energia de ativação parecida com filme finos encontrados na literatura. Além disso, também mostra que o comportamento das propriedades físicas são os mesmos quando varia a temperatura e o campo. / Bismuth Ferrite (BiFeO3) thin films were prepared, considered one of the main multiferroic that are classes of materials that present ferroelectricity and ferromagnetism simultaneously. The films were prepared by a chemical path called modified sol-gel, varying the amount of Bismuth mol percentage, deposited on Pt/TiO2/SiO2/Si(100) platinum substrates, varying the crystallization temperature between 400 °C to 600 °C, with the aim of eliminating some unwanted phases found in literature. Some thin films underwent the thermal treatment in atmospheric O2, in order to reduce the conductivity, caused by the oxygen vacancies in the material. By the results obtained, it was possible to obtain thin films without the undesired phases and with not so high conductivity, being possible to perform electrical analysis. This way it was possible to analyze the behavior of the permissiveness, impedance and conductivity in function of the applied field and temperature. With these results, it is shown an indication of ionic polarization in these films. They have an activation energy similar to thin films found in literature. It is also shown that the behavior of the physical properties are the same when temperature and the field change.

Materiais que apresentam um acoplamento entre as propriedades elétricas e magnéticas, conhecidos como magnetoelétricos, estão despertando a atenção da comunidade acadêmica nos últimos anos principalmente devido ao seu grande potencial tecnológico no desenvolvimento de materiais multifuncionais. Sendo um maior esforço concentrado na obtenção de novos materiais multiferróicos, que são aqueles que possuem duas ou mais ordens ferróicas, em especial os que apresentam ferroeletricidade e ferromagnetismo. Este trabalho tem como objetivo uma investigação das propriedades dielétricas e magnéticas de um grupo de materiais ainda pouco estudado a fim de se compreender os mecanismos responsáveis pelo efeito magnetoelétrico, de forma a contribuir com a pesquisa nessa área. As amostras estudadas são os óxidos de titânio e cromo Nd(1-x)A(x)CrTiO5 (A=Y, La) e GdCrTiO5, todos na forma de cerâmicas policristalinas monofásicas. Foram discutidas de que forma a diluição da subrede magnética do neodímio afeta o caráter magnetoelétrico observado nesse material e qual a importância de cada uma das subredes (Nd3+/Gd3+ e Cr3+) nas propriedades dielétricas e magnéticas. Verificamos que o efeito magnetoelétrico é sensível a variações na rede do Nd3+. Entretanto, nossos resultados no composto GdCrTiO5 indicam que as subredes magnéticas são pouco acopladas, o que indica que o ion Cr3+ talvez seja o responsável por dirigir o efeito magnetoelétrico nesta família de materiais. / The coupling of the electric and magnetic properties in the magnetoelectric compounds is attracting a great deal of interest in the scientific community due to the huge potential for application based on new multifunctional materials. Of special attention are the so-called multiferroics, materials that simultaneously show ferromagnetism and ferroelectricity. The main purpose of this work is the experimental investigation of the dielectric and magnetic properties of a relatively less known class of materials with the aim to identify the origin of the magnetoelectric coupling. We study the single phase polycrystalline compounds Nd(1-x)A(x)CrTiO5 (A=Y, La) and GdCrTiO5 and discuss the effect of dilution of the Nd3+ ions and the importance of each magnetic sublattice on the samples behavior. We find that the magnetoelectric effect is susceptible to changes in the Nd3+ site. At the same time, our results indicate that the two magnetic sublattice (Nd3+/Gd3+ and Cr3+) are only weakly coupled indicating that the Cr3+ magnetic sublattice might be responsible for driving the magnetoelectric effect in this family of compounds.

Orientador: Eudes Borges de Araújo / Resumo: Foram preparados filmes finos, de Ferrita de Bismuto (BiFeO3), considerado um dos principais multiferróico que são classes de materiais que apresentam ferroeletricidade e ferromagnetismo simultaneamente. Os filmes foram preparados por um rota química chamada de Sol-gel modificado, variando-se a quantidade de % de mol do Bismuto, depositados em substratos de platina Pt/TiO2/SiO2/Si(100), variando-se a temperatura de cristalização entre 400°C a 600°C, com o objetivo de eliminar algumas fases indesejadas encontradas na literatura. Alguns filmes finos passaram pelo tratamento térmico em atmosférica de O2, com o intuito de diminuir a condutividade, causada pelas vacâncias de oxigênio no material. Pelos resultados obtidos foi possível conseguir filmes finos sem as fases indesejadas e com condutividade não tão alta, sendo possível realizar análises elétricas. Assim, tornou-se possível analisar o comportamento da permissividade, impedância e condutividade em função do campo aplicado e da temperatura. Com tais resultados mostra-se a indicação de polarização iônica nestes filmes. Eles apresentam uma energia de ativação parecida com filme finos encontrados na literatura. Além disso, também mostra que o comportamento das propriedades físicas são os mesmos quando varia a temperatura e o campo. / Abstract: Bismuth Ferrite (BiFeO3) thin films were prepared, considered one of the main multiferroic that are classes of materials that present ferroelectricity and ferromagnetism simultaneously. The films were prepared by a chemical path called modified sol-gel, varying the amount of Bismuth mol percentage, deposited on Pt/TiO2/SiO2/Si(100) platinum substrates, varying the crystallization temperature between 400 °C to 600 °C, with the aim of eliminating some unwanted phases found in literature. Some thin films underwent the thermal treatment in atmospheric O2, in order to reduce the conductivity, caused by the oxygen vacancies in the material. By the results obtained, it was possible to obtain thin films without the undesired phases and with not so high conductivity, being possible to perform electrical analysis. This way it was possible to analyze the behavior of the permissiveness, impedance and conductivity in function of the applied field and temperature. With these results, it is shown an indication of ionic polarization in these films. They have an activation energy similar to thin films found in literature. It is also shown that the behavior of the physical properties are the same when temperature and the field change. / Mestre

Orientadores: Gaston Eduardo Barberis, Pascoal José Giglio Pagliuso / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:20:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CalderonFilho_CesarJose_M.pdf: 21461723 bytes, checksum: 3089cf622e6e81e41b460dc218211be3 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Na física da materia condensada, o estudo de sistemas de eletrons fortemente correlacionados é, com certeza, um dos problemas mais interessantes tanto do ponto de vista experimental como teórico, e são estes materiais que tem sido utilizados recentemente em aplicações tecnológicas. Destes compostos, os multiferroicos apresentam um conjunto de propriedades físicas muito rico. Estes materiais apresentam pelo menos duas das seguintes correlações de longo alcance: (anti)ferromagnetismo, ferroelasticidade e ferroeletricidade. Porém, as transições não precisam ser necessariamente correlacionadas, mas quando são, estas ocorrem simultaneamente, e o efeito magnetoelétrico pode ser induzido por campo. Neste trabalho, foram desenvolvidos cálculos numéricos que simulam o acoplamento magnetoelétrico presente nos multiferróicos minimizando a energia através da técnica de Monte Carlo. Foram desenvolvidos dois modelos muito simples. O primeiro modelo acopla uma rede de Ising 2D com spin 1/2 com uma rede de dipolos elétricos tambem 2D; este acoplamento e tal que a mudança de direção de um dado spin reorienta uma dada componente perpendicular do dipolo elétrico vizinho a este mesmo spin. Assim, para este primeiro modelo, as transições de fase das redes elétrica e magnetica ocorrem na mesma temperatura, sendo o hamiltoniano dependente de três parâmetros. Para o segundo modelo, foram utilizadas novamente duas redes, uma rede de Ising 2D com spin 1/2, e uma rede elétrica que se comporta da mesma maneira que uma rede de Ising 2D. Neste caso, o acoplamento entre o spin e o dipolo eletrico ocorre através de um sistema de dois níveis, gerando a possibilidade de temperaturas de transição independentes para as duas redes. Este segundo modelo tambem depende de três parâmetros / Abstract: In condensed matter physics, the study of strongly correlated electron systems is certainly one of the most interesting problems both from the experimental and the theoretical points of view, also these materials recently being used in technological applications. Among these compounds, the multiferroics show a very rich set of physical properties. These materials have at least two of the following long-range correlations: (anti)ferromagnetism, ferroelasticity and ferroelectricity. However, the transitions need not necessarily to be correlated, but when it happens, they occur simultaneously, and the magnetoelectric effect can be induced by field. In this work, numerical calculations have been developed to simulate the magnetoelectric coupling present in the multiferroics minimizing the energy through Monte Carlo technique. Two simple models have been developed. The first model couples a spin 1/2 2D Ising magnetic lattice with to a 2D lattice of classic electric dipoles; this coupling is such that the change in the spin direction reorients a perpendicular component of the electric dipole neighbor of this same spin. Therefore, for this first model, the phase transitions of the magnetic and electric lattices occur at the same temperature, and the Hamiltonian is dependent of three parameters. For the second model, two lattices have been used again, a 2D Ising lattice for the magnetic system and an electric lattice that also behaves as a 2D Ising lattice. In this case, the coupling between the spin and the electric dipole occurs through a two-level system, generating the possibility of the independent transition temperatures for the two systems. This second model also contains three independent parameters / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientadores: Gaston Eduardo Barberis, Eduardo Granado Monteiro da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-25T18:32:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CalderonFilho_CesarJose_D.pdf: 5035446 bytes, checksum: fcbe04000b9cbb2451812618227a75ac (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho é dedicado ao estudo dos multiferróicos, um tipo especial de sistema de elétrons fortemente correlacionados. Foram analisadas teoricamente estas substâncias e estudada a família LiMPO4 (M: Mn, Fe, Co, Ni) em particular. Este trabalho focou particularmente no composto de Mn, LiMnPO4, onde foram utilizados os dados existentes e os recém obtidos de espalhamento inelástico de nêutrons (INS), magnetização, espalhamento Raman e ressonância paramagnética eletrônica (ESR) para modelar as interações magnéticas presentes no material. Os resultados obtidos em monocristais deste composto permitem refinar o conhecimento das interações magnéticas do mesmo. O modelo desenvolvido realiza um ajuste simultâneo dos novos dados de espalhamento Raman e os já publicados de INS, mostrando uma clara interpretação do papel dos parâmetros de troca no material escolhido. É esperado que este cálculo seja estendido para toda a família e para outros compostos. Esta tese tenta ser auto-contida, por isso incluiu-se boa parte do material necessário para o leitor e futuros continuadores deste trabalho / Abstract: This work is devoted to the study of an special type of strongly correlated electrons\' compounds, namely the multiferroics. We analyze theoretically those substances, and we study a particular family of them, the LiMPO4 (M: Mn, Fe, Co, Ni) family. We focus particularly in the Mn compound, LiMnPO4, where we use existing and newly obtained data from Inelastic Neutron Scattering, Magnetization, Raman Scattering and Electron Spin Resonance to model the magnetic interactions in the material. The results in single crystals of this compound allow us to refine the knowledge of the magnetic interactions in LiMnPO4. Our model develops a calculation that fits together the new Raman experiments and the already published INS, arriving to a clear interpretation of the role of the exchange parameters in the chosen material. We expect that our calculation will be extended in the future to the whole family and to other compounds. This thesis tried to be self-contained, so we included some material that can be useful for the readers and future continuators of this work / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientadores: Gustavo Fernandes Lopes, Eduardo Granado Monteiro da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T22:47:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabbris_GilbertoFernandesLopes_M.pdf: 3782519 bytes, checksum: d66cd36be4756310d108388eaef23b5e (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Materiais multiferróicos apresentam pelo menos duas propriedades ferróicas na mesma temperatura: (anti) ferroeletricidade, (anti) ferromagnetismo, ou ferroelasticidade. Esses materiais têm atraído grande atenção da comunidade científica nos últimos anos devido às suas potenciais aplicações e ao complexo acoplamento entre suas propriedades, o que ainda não é bem compreendido. Neste trabalho, nos concentramos nos materiais multiferróicos da família RMn2O5, que possuem estrutura ortorrômbica com grupo espacial Pbam. Nestes compostos, a transição antiferromagnética acontece a ~40K e a ferroelétrica em torno de 39K para todos os membros da família. A ferroeletricidade vista nesse material é incompatível com o centro de simetria existente no grupo espacial Pbam. Resultados de EXAFS para o composto TbMn2O5 existentes na literatura indicam uma distribuição bimodal de Tb-O na primeira camada de coordenação. Este desdobramento da primeira camada de coordenação independe da temperatura e indica uma possível variação do grupo espacial Pbam. Tais resultados nos motivaram a empreender o estudo da estrutura local da família RMn2O5 a fim de entendermos a correlação entre a estrutura local e a natureza do íon R. Medidas do espectro de XAFS como função da temperatura foram realizadas na linha XAFS2 do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS). Foram realizadas varreduras na borda K do Mn e em torno da borda L3 dos íons R (Bi, Gd, Pr, Tb). Os resultados para a borda do manganês em todos os compostos indicam que os poliedros de MnO são rígidos. Já na borda do íon R há comportamentos distintos. Enquanto no composto com bismuto observamos uma possível vibração rígida dos poliedros de MnO, para os outros compostos estudados identificamos uma distorção rígida desses poliedros. O comportamento distinto do composto com Bi, em relação aos demais membros da família, parece estar relacionado ao lone pair do bismuto / Abstract: Multiferroic materials present, at the same temperature, at least two of the so-called ferroic properties: (anti) ferroelectricity, (anti) ferromagnetism and ferroelasticity. They have attracted great attention in the last few years due to their potential applications as well as from the basic science point of view, given the intricate coupling between their physical properties, which remains poorly understood. In this work, we have focused on the study of the RMn2O5 family multiferroic materials. Their crystalline structure belongs to the Pbam orthorhombic space group, with an antiferromagnetic and ferroelectric phase transition temperatures below 40 K and 39K, respectively. Such ferroelectric phase is incompatible with the inversion center of symmetry in the Pbam space group. Recently published EXAFS results for TbM n2O5 revealed a first coordination shell with a bimodal Tb-O bond length distribution. Such bond length splitting is temperature-independent and may be related to a change of the Pbam space group. Such results were our main motivation to undertake a systematic study of the local structure of the RMn2O5 multiferroic family, aiming at a better understanding the correlation between the ion R and the local structure. Mn K-Edge and R-ion L3 Edge (R=Bi, Gd, Pr, Tb) temperature-dependent XAFS measurements were performed at the Brazilian Synchrotron Light Laboratory XAFS2 beam line. Results for the Mn K-edge in all studied compounds reveal the Mn-O coordination polyhedral are rigid. The R-ion results reveal distinct behaviours. For the R=Bi compound, we identified that low energy Mn-O rigid unit vibrational modes are likely to be operative. For the other compounds, we have identified a rigid distortion of the Mn-O polyhedra. The distinct behavior of the BiMn2O5 seems to be related to the Bi 6s2 lone pair / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2019-03-14T19:25:14Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Renan Augusto Pontes Ribeiro.pdf: 9570923 bytes, checksum: a291ba63c045a11cb0a642a480367e27 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-03-14T19:25:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Renan Augusto Pontes Ribeiro.pdf: 9570923 bytes, checksum: a291ba63c045a11cb0a642a480367e27 (MD5) Previous issue date: 2019-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O desenvolvimento da spintrônica tem motivado a busca por novos materiais multiferróicos devido à multifuncionalidade desses compostos associada ao acoplamento entre diferentes ordens ferróicas em uma estrutura cristalina. No presente estudo, propomos a investigação teórica, baseada na Teoria do Funcional de Densidade, dos materiais ATiO3 (A = Mn, Fe, Ni) na estrutura R3c com objetivo de esclarecer o efeito da substituição do cátion A sobre as propriedades estruturais, magnéticas e eletrônicas, bem como descrever diferentes mecanismos de controle das propriedades multiferróicas baseados em arquiteturas de filmes-finos, morfologia e controle de defeitos intrínsecos. Para uma maior compreensão dos efeitos envolvidos nos materiais ATiO3, diferentes funcionais de troca e correlação foram investigados e o funcional PBE0 apresentou os menores desvios, consequentemente, a melhor representação comparado aos resultados experimentais. Com objetivo de investigar as propriedades conectadas a filmes-finos dos materiais ATiO3, propomos uma metodologia inovadora que permite descrever as deformações uni- e biaxial que se originam na região de interface entre o filme e o substrato. Nesse caso, os resultados obtidos indicam que as distorções estruturais induzem uma transição magnética para o NiTiO3, originando ordenamento ferromagnético a partir de um critério magneto-estrutural associado a deformação dos clusters [MO6] que reproduz satisfatoriamente os resultados experimentais reportados na literatura. De modo análogo, para elucidar a relação entre o magnetismo e a morfologia dos materiais ATiO3, combinamos cálculos de Energia de Superfície, Construção de Wulff e um formalismo avançado para descrever o magnetismo superficial considerando a existência de spins não compensados ao longo dos planos polares (100), (001), (101), (012), (111) e apolares (110). Os resultados indicam que a redução do número de coordenação dos metais A e Ti para os planos (001) e (111) resulta na transferência de carga entre os cátions A2+ e Ti4+, originando espécies Ti3+ magnéticas que aumentam o magnetismo superficial ao longo desses planos. Além disso, esse efeito é capaz de induzir uma alteração do caráter eletrônico para esses materiais, permitindo indicar que a clivagem das superfícies contribui para o controle das propriedades eletrônicas, reduzindo o valor de band-gap ou gerando comportamento meio-metálico. Os mapas morfológicos obtidos indicam que o controle da exposição majoritária do plano (001) para obtenção de discos hexagonais induz um aumento do magnetismo superficial para os materiais ATiO3 em acordo com resultados experimentais, além de predizer diferentes morfologias acessíveis com interessantes propriedades magnéticas. Ademais, o efeito de defeitos intrínsecos como vacâncias de oxigênio no bulk e superfície apolar (110) dos materiais ATiO3 foi investigado indicando que a redução do número de coordenação na região do defeito induz que os elétrons remanescentes sejam localizados, principalmente, nos orbitais 3d vazios dos cátions Ti vizinhos, gerando espécies [TiO5]ꞌ e [TiO4]ꞌ (3d1 ) que possibilitam uma interação ferromagnética nos materiais MnTiO3 e FeTiO3. A combinação entre os diferentes mecanismos investigados permitiu estabelecer um guia científico para o estudo teórico de materiais multiferróicos, contribuindo para descrever as potencialidades dos diferentes materiais bem como predizer novos candidatos. / The development of spintronic has motivated the search for new multiferroic materials due to the multifunctionality of these materials that are associated with the coupling of different ferroic orders into a single crystalline structure. In the present study, we propose a theoretical investigation, based on Density Functional Theory, of ATiO3 (A = Mn, Fe, Ni) materials in the R3c structure in order to clarify the effect of A-site cation replacement on the structural, magnetic and electronic properties, as well as to describe a different mechanism to control the multiferroic properties based on thin-film architectures, morphology and point defects. For a more comprehensive overview of the main effects involved on the ATiO3 materials several exchange-correlation functionals were investigated, being the PBE0 the functional with smallest deviations and, consequently, the best representation in comparison to the experimental results. Aiming to describe the main fingerprints related with the creation of ATiO3 thin-films, we propose an innovative methodology that allows to describe the uniaxial and biaxial deformations originated in the interface region between the film and the substrate. In this case, the results indicate that structural distortions induce a magnetic transition for the NiTiO3, originating ferromagnetic ordering from magneto-structural criteria, which is associated to the deformation of the [MO6] clusters that reproduces satisfactorily the experimental results reported in the literature. Similarly, in order to elucidate the relationship between the magnetism and the morphology of the ATiO3 materials, we combined Surface Energy, Wulff Construction, and an advanced formalism to describe surface magnetism by considering the existence of uncompensated spins along the polar planes (100), (001), (101), (012), (111) and non-polar (110). The results indicate that the reduction of the coordination for both A and Ti metals along the (001) and (111) planes induces a charge transfer between the A 2+ and Ti4+ cations, resulting in magnetic Ti3+ species that increase the superficial magnetism along such planes. Moreover, this effect allowed a change in the electronic structure for these materials, allowing to point out that the cleavage of the surfaces contribute to the control of the electronic properties reducing the band-gap value or generating half-metallic behavior. The morphological maps indicated that the control of the major exposure for the (001) surface to obtain hexagonal discsinduces an increase of the superficial magnetism for the ATiO3 materials according to experimental results, besides predicting different accessible morphologies with interesting magnetic properties. In addition, the effect of intrinsic defects such as oxygen vacancies on the bulk and non-polar (110) surface of the ATiO3 materials were investigated, indicating that the reduction of coordination in the defect region induces the localization of the remaining electrons in the empty 3d orbitals of neighboring Ti cations, generating [TiO5]'and [TiO4]' (3d1 ) species that allow a ferromagnetic interaction for MnTiO3 and FeTiO3 materials. The combination of the different mechanisms investigated has allowed to stablish a scientific guide for the theoretical study of multiferroic materials, contributing to describe the potentialities of the different materials as well as to predict new candidates.