Síntesis y propiedades magnéticas de nanobarras de óxido de cinc dopadas con cobalto

NICOLÁS GARCÍA SAGGION; GUILLERMO A. JORGE; P. SOLEDAD ANTONEL; FERNANDO V. MOLINA

Rosario

Congreso; XVIII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2013

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

Introducción: El óxido de zinc (ZnO) es un semiconductor con un amplio bandgap y gran energía excitónica, y debido a sus propiedades ópticas y electrónicas las nanoestructuras unidimensionales de ZnO, especialmente nanocables y nanobarras, han sido intensamente investigadas. El dopado con Co(II) u otros elementos de transición resulta en la introducción de características ferromagnéticas, mientras que las propiedades de semiconductor permanecen inalteradas, por lo que resulta de gran interés por la posibilidad de modular las propiedades magnéticas con el dopado.1,2 Objetivos: Obtener nanobarras de óxido de zinc y óxido de zinc dopado con cobalto. Caracterizar la morfología, la composición, el comportamiento magnético y las propiedades ópticas de los sólidos sintetizados. Analizar la relación entre las propiedades magnéticas halladas y su composición y método de síntesis. Resultados: Las nanobarras son sintetizadas en solución butanólica (117 ºC) a través de una simple hidrólisis con posterior condensación, con agregado lento de los reactivos y posterior digestión a fin de obtener la morfología deseada. Los productos fueron caracterizados por microscopía electrónica de barrido con detector de emisión X (SEM-EDS), difracción de rayos X, mediciones de magnetización (VSM) y espectroscopía UV-visible. Los difractogramas son en general consistentes con la estructura de wurzita tanto para ZnO como para ZnO:Co. Estos picos indican que los productos son definidamente cristalinos, aunque algo menos en presencia de Co, probablemente debido a un aumento de la concentración de defectos; asimismo los picos se corren hacia ángulos más bajos al aumentar el contenido de Co, lo que indicaría que aumenta el espaciado cristalino, es decir la incorporación de cobalto produciría la expansión del cristal. Por otra parte, se observan picos adicionales que se atribuyen a productos secundarios de la síntesis. En las imágenes SEM se observa que se obtienen nanobarras para altos tiempos de agregado y digestión, de lo contrario se observan agregados amorfos; en presencia de Co se requieren mayores tiempos de digestión. Las dimensiones observadas son consistentes con la literatura, y los espectros EDS confirman la composición. El ZnO es diamagnético pero el ZnO:Co presenta un leve ferromagnetismo dependiente del % Co, con un máximo alrededor del 1%. Conclusiones: La síntesis de nanobarras de ZnO dopadas con Co es factible y permite en principio modular las propiedades magnéticas según la composición y las condiciones de síntesis. Referencias bibliográficas (1) Wolf, S. A.; Awschalom, D. D.; Buhrman, R. A.; Daughton, J. M.; Von Molnár, S.; Roukes, M. L.; Chtchelkanova, A. Y.; Treger, D. M. Science 2001, 294, 1488– 1495. (2) Busgen, T.; Hilgendorff, M.; Irsen, S.; Wilhelm, F.; Rogalev, A.; Goll, D.; Giersig, M. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 2412–2417.