Estudo das propriedades estruturais, óticas e magnéticas de nanopartículas dos sistemas MT1-x FexO (MT=Ni e Mn) e (In1-xTRx)2O3 (Tr=Er e Yb)

Abstract

Resumo: Nanopartículas de (???????????????)?????? (TR=E?? e Y??) e ????????????????? (MT=N?? e M??) foram sintetizadas por meio do tratamento térmico do pó resultante da liofilização da mistura aquosa de acetatos. Os sistemas investigados foram caracterizados pelas técnicas de difração de raios X, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia de refletância difusa no UV-vis, medidas de magnetização e espectroscopia Mössbauer. As amostras monofásicas de (???????????????)?????? (x ? 0,04) e (???????????????)?????? (x ? 0,05) foram obtidas após dois tratamentos térmicos: i) 500 °C/1h em atmosfera livre; ii) 400 °C/2h em vácuo. A dopagem com E?? e Y?? provoca a redução do tamanho de cristalito e aumento da microtensão. O bandgap não apresentou mudanças significativas. Para a amostra (I??0,96E??0,04)2O3, o XPS revelou uma alta concentração de vacâncias de oxigênio na superfície das partículas. Portanto, o tratamento em vácuo foi eficiente na geração de vacâncias. Contudo, não foi observado FM em temperatura ambiente para as amostras dos sistemas (I??1???E????)2O3. Por outro lado, em baixa temperatura há indícios da presença de interações ferromagnéticas. Recorre-se ao modelo do polaron magnético ligado para entender o comportamento magnético das amostras de I??2O3 dopado com E??. As nanopartículas monofásicas de ????????????????? (x ? 0,04) foram produzidas mediante tratamento térmico em 600, 500 e 400 °C por 10 minutos. Tanto a incorporação de F?? à matriz do N??O quanto a diminuição da temperatura de tratamento térmico resultaram na redução contínua do tamanho de partícula. Os dados de XPS e Mössbauer revelaram que o dopante entrou na matriz com estado de valência 3+. A análise da região superficial das partículas da amostra N??0,97F??0,03O revelou que essa região é mais rica em F?? do que o restante da partícula, apresentando uma concentração de cerca de 17%. A caracterização magnética revelou que as amostras investigadas apresentavam uma estrutura magnética do tipo core-shell. A presença de histerese magnética e do efeito exchange-bias em 2 K revelou a presença de acoplamento entre uma interface spin glass (shell) e outra antiferromagnética (core). As nanopartículas de ????????????????? (x ? 0,03) foram obtidas após tratamento térmico em 800 °C por 1 hora sob atmosfera de nitrogênio. A incorporação de F?? provocou um aumento do parâmetro de rede. Por outro lado, o tamanho de cristalito não apresentou mudança considerável. Os dados de XPS Capítulo revelaram a presença de M?? nos estados de valências 2+ e 4+. A presença de M??4+ revelou que parte do M?? localizado nas regiões superficiais foi oxidado. A espectroscopia Mössbauer mostrou a presença de F??3+ e F??2+. Em temperatura ambiente, cerca de 57 - 65% do dopante está no estado 2+. Com a redução da temperatura essa fração se aproxima de 90%. A caraterização magnética aponta que as nanopartículas de M??1???F????O apresentam uma estrutura magnética semelhante àquela proposta para o sistema N??1???F????O; compostas por um núcleo ordenado antiferromagneticamente circundado por uma camada formada por clusters no estado spin glass.

Abstract: Nanoparticles of (???????????????)?????? (TR=E?? and Y??) and ????????????????? (MT=N?? and M??) were synthesized by the thermal treatment of the powder obtained by the lyophilization of the aqueous mixture of acetates. The investigated systems were characterized by X-ray diffraction, X-ray excited photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy, UV-vis diffuse reflectance spectroscopy, magnetization measurements and Mössbauer spectroscopy. The single-phase samples of (???????????????)?????? (x ? 0,04) and (???????????????)?????? (x ? 0,05) were obtained after two heat treatments: i) 500 °C/1h in free atmosphere; ii) 400 °C/2h in vacuo. E?? and Y?? doping causes a reduction in crystallite size and an increase in microstrain. The bandgap did not show significant changes. For the sample (I??0,96E??0,04)2O3, XPS reveals a high concentration of oxygen vacancies on the surface of the particles. Therefore, the vacuum treatment was efficient in generating vacancies. However, FM was not observed in room temperature for the system samples (I??1???E????)2O3. On the other hand, at low temperature there are indications of the presence of FM interactions. The bound magnetic polaron model is used to understand the magnetic behavior of Er-doped I??2O3 samples. Single-phase ????????????????? (x ? 0,04) nanoparticles were produced by heat treatment at 600, 500 and 400 °C for 10 minutes. Both the incorporation of F?? into the NiO matrix and the decrease in the heat treatment temperature caused a continuous reduction in particle size. The XPS and Mössbauer data reveal that the dopant was incorporated in the matrix with a 3+ valence state. Analysis of the surface region of the N??0,97F??0,03O sample particles reveals that this region is richer in F?? than the rest of the particle, with an F?? concentration of about 17%. The magnetic characterization revealed that the investigated samples have a core-shell magnetic structure. The presence of magnetic hysteresis and the exchange-bias effect at 2 K reveals the presence of coupling between a spin glass interface (shell) and another antiferromagnetic (core). ????????????????? (x ? 0,03) nanoparticles were obtained after thermal treatment at 800 °C for 1 hour under nitrogen atmosphere. F?? incorporation caused an increase the lattice parameter. On the other hand, the crystallite size showed no considerable change. XPS data reveal the presence of M?? in the 2+ and 4+ valence states. The presence of M??4+ reveals that part of the M?? located in the surface regions was oxidized. Mössbauer spectroscopy reveals the presence of Capítulo 3+ and 2+. At room temperature, about 57 - 65% of the dopant is in the 2+ state. With decreasing temperature, this fraction approaches 90%. The magnetic characterization revealed that the M??1???F????O nanoparticles exhibit a magnetic structure like that proposed for the N??1???F????O system; composed of an antiferromagnetically