Caracterização estrutural, óptica e magnética do ZnO dopado e codopado com Fe e Co

Abstract

Resumo: Nanopartículas monofásicas de ZnO com estrutura wurtzita foram dopadas e codopadas com ferro e cobalto, via processo de liofilização seguido de tratamentos térmicos. As amostras foram caracterizadas quanto suas propriedades estruturais, ópticas e magnéticas utilizando difração de raios X, espectroscopia de raios X por dispersão em energia, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia de refletância difusa, magnetometria (DC e AC) e espectroscopia Mössbauer em diferentes temperaturas. Os resultados revelaram que a dopagem induz alterações morfológicas e de volume dos cristalitos. O ferro é substituto ao zinco, trivalente e é distribuído na rede wurtzita em dois grupos, átomos de ferro isolados e átomos de ferro com um ou mais ferro/cobalto vizinho. Além disso, foi demonstrado que o intervalo da banda de energia diminui com o nível de dopagem. As amostras são paramagnéticas à temperatura ambiente, mas passam por uma transição para o estado vidro de spin em torno de75 K. O estado de frustração magnética é atribuido à competição de duas interações magnéticas entre os momentos dos dopantes: uma interação de troca direta e uma interação indireta.

Abstract: Monophasic Zno nanoparticles with wurtzite structure were doped and co-coupled with iron and cobalt, by lyophilization process followed by heat treatments. the samples were characterized for their structural, optical and magnetic properties using x-ray diffraction, energy dispersion x-ray spectroscopy, transmission electron microscopy, diffuse reflectance spectroscopy, magnetometry (DC and AC) and mössbauer spectroscopy in different temperatures. The results revealed that doping induces morphological and volume changes of crystallites. Iron is a trivalent substitute for zinc and is distributed in the wurtzite network into two groups, isolated iron atoms and iron atoms with one or more neighboring iron / cobalt. In addition, it has been shown that the energy band interval decreases with the doping level. The samples are paramagnetic at room temperature, but transition to spin glass state around 75 K. Magnetic frustration is attributed to the competition of two magnetic interactions between the doping moments: A direct exchange interaction and an indirect interaction.