Nanopartícules magnètiques en matrius de sílice

Abstract

En aquest treball s’han estudiat diferents aproximacions a la síntesi de compòsits de nanopartícules magnètiques en matrius de sílice de tipus aerogel o xerogel. Així, s’han obtingut materials amb propietats molt diferents tant pel que fa al seu magnetisme (materials durs o tous), a les seves propietats òptiques (transparents, opacs, anisotròpics) o la seva densitat, i se n’han estudiat algunes de les seves possibles aplicacions magnetoòptiques. Les matrius de sílice en forma de xerogel també s’han fet servir per a estabilitzar, gràcies al confinament, l’ε-Fe2O3, un polimorf metastable d’óxid de Fe (III) molt poc conegut. S’ha fet una caracterització de les propietats magnètiques del material i s’ha vist que la seva temperatura de Curie és de 510 K i que a temperatura ambient és un ferrimagnet colineal amb una imantació moderada (20 emu/g a saturació) i una anisotropia magnètica elevada que fan que la seva coercitivitat sigui molt elevada per a un òxid de Fe (20 kOe). Entre 150 i 80 K l’ε-Fe2O3 presenta una transició de fase magnètica i estructural de segon ordre que té com a resultat l’aparició d’una estructura magnètica incommensurada de tipus "ona quadrada". S’ha posat de manifest que coincidint amb aquesta transició de fase, el material presenta un acoblament magnetoelèctric.

In this Thesis, different approximations to the synthesis of composites of magnetic nanoparticles in silica aerogel or xerogel matrices have been studied. In particular, we have obtained materials with a range of different properties regarding its magnetism (hard or soft magnetic materials), optical properties (transparent, opaque, anisotropic) or density and we have studied its potential magneto-optical applications. The xerogel matrices have also been used to stabilize by confinement a rare iron (III) oxide polymorph, the ε-Fe2O3, which has not been much studied so far. The magnetic properties of the polymorph have been studied in detail and it has been established that it has a Curie temperature of 510 K. At room temperature, it presents a collinear ferromagnetic order with a moderate magnetization (20 emu/g at saturation) and a large magnetic anisotropy which result in a huge coercivity of about 20 kOe. Between 150 and 80 K, ε-Fe2O3 presents a second order magnetic and structural transition to a “square-wave” incommensurate magnetic order. Concomitantly with this transition it has been shown that the material presents a magnetoelectric coupling.

En este trabajo se han estudiado diferentes aproximaciones a la síntesis de composites de nanopartículas magnéticas en matrices de sílice de tipo aerogel o xerogel. Así, se han obtenido materiales con propiedades muy distintas tanto en relación a su magnetismo (materiales duros o blandos), a les sus propiedades ópticas (transparentes, opacos, anisotrópicos) o a su densidad, y se han estudiado algunas de sus posibles aplicaciones magnetoópticas. Las matrices de sílice en forma de xerogel también se han utilizado para estabilizar, gracias al confinamiento, el ε-Fe2O3, un polimorfo metaestable de óxido de Fe (III) muy poco conocido. Se ha hecho una caracterización de sus propiedades magnéticas y se ha establecido que su temperatura de Curie es de 510 K y que a temperatura ambiente es un ferrimagneto co-lineal con una imantación moderada (20 emu/g a saturación) y una anisotropía magnética elevada que hacen que su coercitividad sea muy elevada para un óxido de Fe (20 kOe). Entre 150 i 80 K el ε-Fe2O3 presenta una transición de fase magnética y estructural de segundo orden que da lugar a una estructura magnética inconmensurable de tipo "onda cuadrada". Se ha puesto de manifiesto que coincidiendo con esta transición de fase, el material presenta un acoplamiento magnetoeléctrico.