Pequeños polarones producidos por iones Ti3+/4+ en partículas submicrónicas de Cr1.8Ti0.2O3

SANTIAGO J. A. FIGUEROA; GUILLERMO ZAMPIERI; DANIELA P. VALDÉS; DINA TOBIA; RODOLFO D. SÁNCHEZ; DANIELA P. VALDÉS; DINA TOBIA; RODOLFO D. SÁNCHEZ; LILIANA MOGNI; ENIO LIMA, JR.; MARTÍN E. SALETA; LILIANA MOGNI; ENIO LIMA, JR.; MARTÍN E. SALETA; SANTIAGO J. A. FIGUEROA; GUILLERMO ZAMPIERI

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Congreso; 105 Reunión Nacional de Física (RAFA); 2020

AFA

Los óxidos semiconductores poseen interesantes propiedades físicas, lo cual los convierte en materiales muy versátiles para su uso en diferentes áreas de la Ciencia de Materiales. En particular en este trabajo presentaremos la caracterización de las propiedades de transporte eléctrico en Cr1.8Ti0.2O3 (CTO).Las muestras fueron sintetizadas por el método Sol-Gel seguido de dos tratamientos de calcinación a 1000 °C. El CTO es isoestructural con el Cr2O3 (estructura corundum). El espectro de absorción de rayos-X (XANES) es idéntico al de Cr2O3 en el borde Cr-K, indicando que los iones Cr del CTO están en estado +3 y en el mismo entorno que en el compuesto de partida, Por otro lado, en el borde Ti-K los espectros revelan que el CTO contiene Ti en estados de oxidación +3 y +4 (35% de Ti3+ y 65% Ti4+). Este resultado difiere de los obtenidos por espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos-X (XPS), donde sólo detectamos Ti tetravalente en la superficie. Eso significa que el Ti4+ está ubicado en la superficie (borde de grano) de la partícula, mientras que el Ti{3+ y algún remanente de Ti4+ está en el bulk.La evolución térmica de la conductividad eléctrica (sigma) del CTO, fue descripta por el modelo de pequeños polarones (portadores de carga localizados en cercanía de los iones interactuando con la red cristalina). En la bibliografía se asocia el comportamiento de los pequeños polarones del Cr2O3 con iones Cr4+ ubicados en la superficie de las partículas. Tanto por estudios XANES, XPS y FTIR hemos descartado la existencia de iones Cr en cualquier estado de oxidación diferente a +3. Sin embargo, detectamos Ti4 + y Ti3+, con una presencia mayoritaria de Ti4+ en la superficie de las partículas. Estos iones Ti4+ introducen huecos en el sistema que facilitan la movilidad de los electrones en los sitios estructurales del Cr. La evolución en temperatura de sigma presenta un quiebre en la región 750-790 K. Esto se refleja en una variación de la energía de activación del salto de portadores (W). Estudios de difracción de rayos X en función de la temperatura permitieron descartar que el cambio en sigma esté asociado con cambios en la estructura del CTO. En cambio, la evolución térmica de los espectros XANES revela diferencias entre los distintos iones absorbentes. Para el borde Cr-K, la forma de los espectros no varía significativamente con la temperatura. Sin embargo, analizando el borde Ti-K, el espectro presenta una evolución más evidente, sin cambios en la forma de sus picos, pero sí en la intensidad de éstos, los cuales presentan una pequeña ruptura en su tendencia en la misma región de temperatura donde la conductividad muestra un cambio en su energía de activación. La discontinuidad en la intensidad de los picos XANES, en función de la temperatura, de CTO nos permite explicar el cambio de régimen en el mecanismo de conducción como consecuencia de una variación en el entorno electrónico y factores de vibración (interacción entre los electrones y fonones) de los iones Ti en el CTO.