Estudio de las propiedades físicas en nano-estructuras del multiferroico BiFeO3

A.L. GRAMAJO; M.E. SALETA; J. LOHR; C.A. LOPEZ; J. CURIALE; R.D. SÁNCHEZ

San Carlos de Bariloche, Río Negro

Congreso; 98a Reunion Nacional de Fsica de la Asociacion Fsica Argentina; 2013

Asociación Argentina de Física

En la actualidad, el estudio de sistemas nanoestructurados y de las familias de óxidos multiferroicos, compuestos que presentan coexistencia de ordenamientos magnéticos y eléctricos, se han convertido en dos importantes áreas de estudio en la Ciencia de Materiales. Uno de los típicos materiales que presentan multiferroicidad es ferrita de bismuto BiFeO3 (BFO). En este trabajo, se sintetizaron micropartículas de BFO a partir de la técnica de spray pirólisis a 1073 K durante 2hs utilizando de partida una solución acuosa de nitratos de hierro y de bismuto. Debido a la gran volatilidad del Bi, la solución contenía un 10% por mol en exceso de iones de Bi+3. Primero se realizó un análisis estructural por Difracción de Rayos X (DRX) y además de las reflexiones esperadas del BFO, se observaron una reflexiones extras las cuales se asociaron al oxido de Bi proveniente del exceso de este ion. Un análisis de tipo Rietveld de los datos de DRX nos permitieron cuantificar la impureza de Bi2O3 ,menor al 2 %. La caracterización morfológica se realizó con técnicas de microscopía electrónica (SEM y TEM) y del análisis de las imágenes se pudo concluir la presencia partículas de 20 micrones conformadas por nanoesferas de 10-20 nanómetros de diámetro. Una vez caracterizadas estas nanoestructuras, se estudiaron sus distintas propiedades de transporte, eléctricas y magnéticas. De las curvas de magnetización en función de temperatura, se observó un máximo el cual está asociado a la temperatura de Neel del compuesto (TN = 620 K) y es coincidente con los datos de literatura.[1] Por otra parte, las mediciones de magnetización (M) en función del campo magnético (H) muestran un peque~no ciclo de histeresis remanente por encima de la temperatura de orden del BFO. Este ferromagnetismo residual ha sido erroneamente asignado por otros autores a la conducta de los espines superciales de los nanogranos[2] y sin descartar la presencia de una impureza ferromagnética. Nuestro análisis encuentra que las curvas M vs H se hacen lineales por encima de 825 K. Esta temperatura de orden magnético coincide con el oxido magnétita (Fe3O4). De los datos de magnetizacién remanente se estimo que la cantidad de magnetita es de 400 ppm. Esta pequeña cantidad es indetectable por DRX. Se realizaron mediciones de las propiedades de transporte electrico en BFO nanoestructurado y se observó un comportamiento del tipo semiconductor, determinándose una energía de activación de Ea/KB =(0.740 +-0.003)eV. Mediante medidas de capacidad, perdidas y espectroscopía de impedancias se determinó el comportamiento de la permitividad de la muestra a diferentes temperaturas y frecuencias. Finalmente, se midió un ciclo de histéresis ferroeléctrico menor, sin alcanzar saturación, a temperatura ambiente y utilizando un circuito del tipo Sayer-Tower. Comprobando el carácter ferroeléctrico del compuesto con micropartículas nanoestructuradas.