Estudio del orden local del SrTiO3 dopado con Mn utilizando espectroscopía de absorción de rayos X (XAS) en el umbral K del K del Mn

F. SAPORITI; M. BOUDARD

Bariloche

Congreso; 98 Reunión Nacional de Física de la A.F.A. y en el Segundo Workshop de Usuarios Argentinos de Técnicas de Luz Sincrotrón; 2013

Asociacion FisicaArgentina

La perovskita SrTiO3 (ST) ha atraído el interés científico pues posee una alta permitividad dieléctrica  e´r, baja perdida dieléctrica y presenta  a bajas temperaturas una transición de fase estructural sin carácter ferroeléctrico. Sin embargo ST se clasifica como un  materiales ferroeléctricos incipientes (FI).  Se han publicado  gran cantidad de artículos donde se estudian las propiedades dieléctricas de los materiales FI dopados con diferentes elementos de transición. En particular, se ha observado un comportamiento dieléctrico del tipo ferroeléctrico relaxor en la perovskita ST  dopada con Mn.  Para poder explicar este comportamiento es necesario conocer que sitio ocupa el Mn en la red. Debido a los diferentes estados de oxidación  del átomo de Mn, este puede sustituir al  Sr2+ o Ti4+ en la estructura ST sin compensación de carga, pero la diferencia de tamaño iónico o la naturaleza intrínseca del ion introducido  pueden producir alguna distorsión y desorden en la  red cristalina e inducir desplazamientos de las cargas, esto podría inducir localmente la formación de entidades dipolares  que podrían explicar el comportamiento relaxor. El origen del comportamiento relaxor no es claro todavía y para entenderlo es necesario saber si el átomo de Mn se distribuye uniformemente y a que átomo substituye, o por el contrario si se distribuye formando agregados, precipitados o segundas fases que podrían ser las responsables de las propiedades observadas. Para caracterizar el orden local del Mn en  la perovskita ST dopada con Mn se utilizó la técnica de  espectroscopía de absorción de  rayos X  en el umbral K del Mn (6539 eV),  en sus dos regiones, estructura fina de la absorción de  rayos X extendida (EXAFS ) y estructura de  absorción de  rayos X cerca del umbral (XANES ). Se estudiaron muestras cerámicas policristalinas correspondientes a dos tipos de substituciones teóricas del Mn ya sea en el sitio del Sr o en sitio del Ti y de fórmulas nominales respectivas Sr1-xMnxTiO3 ((Sr,Mn)TiO) (x=0.01 y 0.02 % at) y  SrTi1-xMnxO3 (Sr(Ti,Mn)O) (x=0.02 y 0.05 % at). Las mediciones se realizaron a 10 K en la línea BM30B-FAME en el sincrotrón europeo ESRF(European Synchrotron radiation facilities)  instalado en Grenoble, Francia. Las curvas experimentales de absorción de las muestras (Sr,Mn)TiO y Sr(Ti,Mn)O exhiben diferencias dependiendo del tipo de substitución, en particular las curvas de Sr(Ti,Mn)O  presentan un corrimiento del borde de absorción  del orden de 7 eV a mayores valores de energía respecto de las curvas de la muestras (Sr,Mn)TiO y la referencia Mn3O4. Este corrimiento está relacionado  a un aumento en el estado de oxidación del Mn de las muestras Sr(Ti,Mn)O. Las curvas experimentales de la magnitud de la transformada de Fourier en el espacio real de los espectros obtenidos en el umbral K del Mn fueron ajustados teóricamente utilizando el programa Artemis. Las curvas de las dos muestras ((Sr,Mn)TiO),  se ajustaron utilizando la fase Mn3O4 y la fase  tetragonal ST I4/mcm donde el Mn substituye parte del  Ti. Las  dos muestras de  (Sr(Ti,Mn)O)  se ajustaron utilizando solo la fase  tetragonal ST I4/mcm donde el Mn substituye parte del Ti. Nuestras observaciones permiten concluir que el Mn substituye al Ti en la estructura del ST ya sea en las muestras con formulas nominales deficientes en Ti o  en  Sr. En el caso de las muestras deficientes en Ti (Sr(Ti,Mn)O)  la sustitución de Ti por Mn es efectiva mientras que en el caso de las muestras deficientes en Sr (Sr,Mn)TiO  la sustitución de Mn por Sr no se realiza y la incorporación de Mn en las muestras da lugar a la sustitución parcial de Ti por Mn y a la formación de la fase Mn3O4.