Bi0,95X0,05FeO3 (X=La, Er, Sc e Nd) sintetizado em condições metaestáveis : um estudo de propriedades estruturais, magnéticas e dielétricas

Abstract

Resumo: Nesta tese, exploramos a síntese e propriedades físicas de amostras de BiFeO3 (BFO) e suas variantes dopadas com lantânio (La), érbio (Er), escândio (Sc) e neodímio (Nd), com foco na compreensão dos efeitos das diferentes etapas de síntese (fast-firing, criomoagem, Spark Plasma Sintering (SPS) e annealing) nas características estruturais, magnéticas e elétricas do BFO. Por meio da da combinação desses tratamentos, conseguimos produzir amostras predominantemente monofásicas, observando variações significativas nas propriedades dielétricas e magnéticas, como o aumento de até 800% na constante dielétrica e a transição do comportamento antiferromag-nético para ferromagnético fraco, com aumentos notáveis na magnetização remanescente e na magnetização a 15 kOe nas amostras dopadas. A análise de espectroscopia Mössbauer indicou a predominância de íons Fest , sugerindo a ausência de vacâncias de oxigênio após o processo de SPS e a estabilidade da valência dos íons de ferro, o que é crucial para compreender as interações elétricas no material. Além disso, o processo de annealing promoveu um relaxamento dos defeitos, impactando as propriedades dielétricas das amostras. Este estudo não apenas avança no conhecimento científico sobre o BFO e suas variantes dopadas, mas também destaca seu potencial em tecnologias futuras, abrindo perspectivas valiosas para a otimização das propriedades dielétricas e magnéticas do BFO, sublinhando sua importância para inovações tecnológicas futuras.

Abstract: In this thesis, we delve into the synthesis and physical properties of BiFeO3 (BFO) samples and their variants doped with lanthanum (La), erbium (Er), scandium (Sc), and neodymium (Nd). The study's central focus is to understand the effects of different synthesis stages - fast-firing, cryomilling, Spark Plasma Sintering (SPS), and annealing - on the structural, magnetic, and electrical characteristics of BFO. By integrating these treatment processes, we successfully produced predominantly monophasic samples, witnessing substantial variations in dielectric and magnetic properties. Notably, after doping and annealing, the dielectric constant of the doped samples exhibited an increase of up to 800% compared to pure BFO, indicating a significant influence of treatment processes on the material's dielectric polarization. Regarding magnetic properties, we observed a transition from typical antiferromagnetic behavior to weak ferromag-netic, with substantial increases in remanent magnetization and magnetization at 15 kOe in the doped samples. Mössbauer spectroscopy analysis revealed the predominance of Fest ions, suggesting a lack of oxygen vacancies post-SPS, thus indicating the iron ions' valency stability, essential for understanding the material's electrical interactions. Moreover, the annealing process facilitated defect relaxation, affecting the dielectric properties of the samples. This study not only advances scientific knowledge on BFO and its doped variants but also highlights the potential of these materials for future technological applications. The findings provide valuable insights for optimizing the dielectric and magnetic properties of BFO, underlining its significance for future technological innovations.