Estudis de ferrites hexagonals dopades amb Co2+ i òxids de Ni tipus La(2)NiO(4)

Abstract

En aquesta Tesi Doctoral ens hem plantejat dos objectius fonamentals: d'una banda, la caracterització de materials magnètics adients per a l'enregistrament magnètic perpendicular i, d'altra banda, l'estudi de les propietats magnètiques dels òxids de Ni tipus La(2)NiO(4), isoestructurals als òxids de Cu superconductors d'alta temperatura critica.<br/><br/>A. Materials per a l'enregistrament magnètic:<br/><br/>Pel que fa als materials per l'enregistrament magnètic perpendicular (l'eix de fàcil magnetització de les partícules es perpendicular al pla del suport, amb la qual cosa hom permet d'augmentar la densitat d'informació sense augmentar el risc de desimantació bit a bit), el millor de fàcil magnetització de les partícules sigui perpendicular al pla del suport atès la seva i) bona magnetització de saturació, ii) morfologia de prisma hexagonal i iii) forta anisotropia magnetocristal.lina uniaxial al llarg de la dirección perpendicular a la cara hexagonal, la qual cosa fa que l'eix de fácil magnetització de les partícules sigui perpendicular al pla de suport. Malauradament, les partícules de BaFe(12)O(19) presenten coercitivitats massa elevades (H(C) = 5000- 6000 Oe a temperatura ambient) per a la seva aplicació tecnològica, de manera que al dopar la fase pura amb algun element que redueixi aquest valor. Fins el moment, l'aspirant més idoni sembla ser el catió Co(2+), car comporta una forta contribució negativa (planar) a la primera constant d"anisotropia.<br/><br/>En aquest sentit, per tal de mantenir la neutralitat elèctrica, els dopatges que hem realitzat són bicatiònics: cal acompanyar el catió Co(2+) amb algun element tetravalent M(4+). Així, en aquest estudi hem assatjat dues families de dopatge, la familia tipus BaFe(12-2x)Co(x)Ti(x)o(19) (O menor o igual que X menor o igual que 1.0), que anomenem sèrie de dopatge Co-Ti, i la familia tipus BaFe(12-2x)Co(x)Sn(x)O(19) (O menor o igual que X menor o igual que 1.0), que anomenem sèrie de Co-Sn. Dels resultats experimentals obtinguts i de la seva anàlisi, podem concloure:<br/><br/>1) hem determinat, mitjançant la difracció de neutrons i les mesures termomagnètiques, la distribució catiònica i l'evolució de l'estructura cristal.logràfica amb el dopatge. Tanmateix, per a la sèrie Co-Ti hem proposat una possible evolució de l'estructura magnètica. <br/><br/>2) hem comparat les propietats intrínsiques i extrínsiques d'ambdues sèries, tot i emfatizant aquelles diferències que poden entendre's en termes de la diferent distribución catiònica existent.<br/><br/>3) com a corolari d'aquesta comparació, podem concloure que la sèrie de dopatge Co-Sn es presenta com una bona alternativa a la sèrie clàssica Co-Ti, per la seva utilització com a material per a l'enregistrament magnètic. <br/><br/>B. Oxids de Ni tipus La(2)NiO(4).<br/><br/>En els darrers anys, gran quantitat d'estudis experimentals han estat realitzats per tal de caracteritzar les propietats físiques del sistema La(2-x)Sr(x)CuO(4-6) , en el qual la superconductivitat d'alta temperatura fou detectada per primer cop. Ara bé, fins fa poc temps, hom no havia dedicat massa atenció a la fenomenologia d'una altra familia de compostos que presenta un conjunt de versemblances estructurals, magnètiques i electròniques sorprenents amb aquests òxids de coure. Ens referim als òxids de Ni tipus RE(2-x) Sr(x)(NiO)(4-6) (RE = La, Nd, Pr). Fins i tot, darrerament, alguns autors asseguren l'existència d'un petit percentatge de fase superconductora en el sistema La(2-x)Sr(x)NiO(4), malgrat que aquest fet no ha estat experimentalment comprovat per d'altres grups d'investigació. <br/><br/>D'una banda, l'estudi de las propietats físiques del sistema La(2-x)Sr(x)NiO(4-6) ens ha d'ajudar a discernir quins són els fenòmens rellevants en l'aparició de la superconductivitat en els òxids de coure isoestructurals, alhora que es pot clarificar la influència de les propietats de l'estat normal en l'estat superconductor.<br/><br/>D'altra banda, l'estudi dels òxids de Ni on hi és present una terra rara paramagnètica (Nd, Pr) (2-x)Sr(x)NiO(4+6) és fortament atraient per tal d'entendre les complexes interaccions magnètiques metall de transició-terra rara, molt més, després del descobriment de electrònica en la família tipus Nd(2-x)Ce(x) CuO(4). D'aquesta tasca podem concloure:<br/><br/>1) en els compostos estequiomètrics La(2)NiO(4) i Nd(2)NiO(4) observem l'aparició d'una component feble ferromagnètica al llarg de l'eix "c" de l"estructura. Aquesta component es desenvolupa per sota de la temperatura a la qual es produeix la transició ortoròmica-tetragonal, i és resultat de la rotació dels octàedres NiO(6) que genera aquesta transició, la qual cosa provoca que els moments magnètics del Ni z+ no es disposin el pla de la base, sinó que formin un angle "teta" amb aquest. Aquest angle val teta = 0.10º en el La(2)NiO(4) i teta = 10º en el Nd(2)NiO(4) .<br/><br/>2) el comportament magnètic del compost estequiomètric La(2)NiO(4) s'allunya del d'un sistema veritablement bidimensional, atès que la interacció intrapla disminueix, (amb la conseqüent reducció de la longitud de correlació AF instantània spin-spin), i la interacció entre plans augmenta, respecte els òxids de Cu isoestructurals. Aquestes diferències són degudes la simetria local dels octàedres NiO(6) i CuO(6): en el La(2)CuO(4) aquest octàedre pateix un fort estirament axial, la qual cosa afavoreix les correlacions magnètiques bidimensionals, mentre que en el La(2)NiO(4) aquesta distorsió no és tan exagerada. Tanmateix, la component feble ferromagnètica és del mateix ordre de magnitud en tots dos compostos. <br/><br/>3) en el compost estequiomètric Nd(2)NiO(4), palesem l'existència de cinc transicions de fase, les quals associem a l'ordre de llarg abast del Ni(2*) (T(N1) aprox. igual a 320 K) la transició de fase ortoròmbica-tetragonal (T(C1) = 130 K), a dues possibles reorientacions dels spins de Ni Ni(2+) (T(C2) aprox. igual a 68 K, T aprox. igual a 45 K), i a l'ordre a llarg abast del Nd(3+) (T(N2) aprox. igual a 11 K). Tanmateix, el camp intern que indueix la compoment feble ferromagnètica (H(int) aprox. igual a 5.2 T) és molt més gran que en els superconductors electrònics de Cu.<br/><br/>4) en els sistemes Re(2-x)Sr(x)NiO(4+6) (Re = La, Nd), els forats introduits en l'estructura són, probablement, de caire O(2p), de manera que, d'una banda, els cations Ni(2+) no es veuen sensiblement modificats en dopar, i, d'altra banda, el mecanisme que provoca tant el col.lapse de l'ordre AF de llarg abast com la reducció de la longitud de correlació, és el mateix que en els òxids de coure isoestructurals: el moment magnètic associat al forat provoca una disrupció local de l'estructura antiferromagnètica, la qual s'estèn a tota la xarxa quan el portador és mòbil.<br/><br/>5) en resum, les diferències més importants entre les propietats magnètiques dels òxids de Ni i els de Cu isoestructurals semblen originades per la diferent magnitud de les correlacions magnètiques. El nostre treball suggereix doncs que si el mecanisme de la superconductivitat és d'origen magnètic, els òxids de Ni podrien arribar a ser superconductors, però amb una temperatura de transició més baixa. Prèviament, però, caldria assolir conductivitat metàl.lica.