Estudo das propriedades estruturais, ópticas e magnéticas de In2O3 e CuO dopados com Fe-57

Abstract

Resumo: Nanopartículas monofásicas de (In1-xFex)203 (x = 0, 0,03, 0,08 e 0,12) e Cu1xFexO (x = 0, 0,01, 0,02, 0,03 e 0,04) foram preparadas por liofilização seguido de tratamento térmico. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X de alta resolução, espectroscopia de raios X por dispersão em energia, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia de refletância difusa, técnicas de magnetização e espectroscopia Mössbauer em diferentes temperaturas. Para ambos os sistemas estudados, os resultados mostraram que o tamanho de partícula sofreu redução e que o bandgap diminuiu devido à dopagem. No sistema (In1-*Fex)2O3, as amostras dopadas apresentaram dois regimes magnéticos diferentes no intervalo 4 - 300 K, que dependem da faixa de temperatura considerada. Esses regimes foram relacionados aos dois sítios cristalográficos do In203, ou suas sub-redes: o sítio 24d, parcialmente orientado em temperatura ambiente, mas totalmente ferromagnético em 4 -50 K; e o sítio 8b, paramagnético entre 100 - 300 K, mas que se ordena progressivamente em temperaturas mais baixas. Para o sistema Cu1*FexO as nanopartículas revelaram um comportamento magnético complexo, com duas fases magnéticas diferentes, cada qual atribuída a uma diferente região da nanopartícula: o caroço, caracterizado por flutuações antiferromagnéticas, e a camada superficial, na qual spins descompensados são responsáveis pelo caráter superparamagnético e, eventualmente, pela interação ferromagnética entre as nanopartículas em baixas temperaturas.

Abstract: Monophasic nanoparticles of (In1-xFex)203 (x = 0.03, 0.08 and 0.12) and Cu1-xFexO (x = 0.01, 0.02, 0.03 and 0.04) were prepared by freeze-drying followed by a heat treatment. The samples were characterized by high-resolution X-ray diffraction, energy dispersive X-ray spectroscopy, transmission electron microscopy, UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy, magnetization techniques and Mössbauer spectroscopy at different temperatures. Increasing the iron doping level resulted in the decrease of the particle size and bandgap, for both samples groups. For the (In1-xFex)2?? doped samples were obtained two different magnetic regimes for the temperature range of 300 - 4 K. These regimes were correlated to two In203 crystallographic sites, or its sublattice: the 24d site, which the spins are partially ordered at room temperature and ferromagnetic at 50 K; the 8b site, which predominate a paramagnetic behavior for 300 - 100 K, below that temperature it was progressively becoming ordered. For the Cu-*FexO doped samples was revealed a complex magnetic scenario attributed to the existence of two magnetic regions in the nanoparticles: the core, which is characterized by AFM fluctuations, and the surface layer, in which uncompensated spins are responsible for the SPM character and eventually the FM interaction among the nanoparticles at low temperatures.