Estudo da origem do magnetismo não convencional em nanopartículas de óxido de estanho dopadas com metais

Abstract

Estudia el origen del magnetismo de los sistemas de óxidos nanoparticulados. Para lograr este objetivo, las propiedades estructurales, vibratorias, magnéticas y las interacciones hiperfinas de las nanopartículas de dióxido de estaño puras y dopadas con tres tipos de metales: i) metales de transición como Fe y Cr, ii) tierras raras como Er y iii) no magnéticas, elementos como Al. Los patrones de difracción de rayos X de las nanopartículas de SnO2 sin dopar se refinaron mediante el método de refinamiento de Rietveld y se determinó la formación de la fase de tipo rutilo. Este tipo de fase también se ha formado en nanopartículas de SnO2 dopadas con metal. Las mediciones de espectroscopía Raman mostraron que el límite de solubilidad de las muestras dopadas con Fe es de alrededor del 20%. Para los tres tipos de dopantes, el tamaño de las partículas mostró una disminución con el aumento de la concentración de dopantes. Las mediciones magnéticas de las nanopartículas de SnO2 sin dopar y dopadas con Al mostraron un ferromagnetismo no convencional, que se atribuyó a los electrones no apareados atrapados en las vacantes de oxígeno. Por otro lado, las mediciones magnéticas de nanopartículas de SnO2 dopadas con elementos magnéticos como metales de transición y tierras raras mostraron que, independientemente del tipo de dopante, el ferromagnetismo determinado para muestras de bajo dopaje se puede interpretar bien dentro del modelo de polarones magnéticos ligados. Sin embargo, en la región de alta concentración, cercana al límite de percolación de SnO2 (xp = 0.25), se determinó la coexistencia de fases ferromagnéticas, antiferromagnéticas y paramagnéticas. Las curvas ZFC y FC mostraron evidencias de relajación térmica de los momentos magnéticos, probablemente relacionados con el comportamiento superparamagnético o del vidrio giratorio. Por otro lado, las mediciones de espectroscopía de Mössbauer utilizando Sn como sonda mostraron que la entrada de átomos dopantes en la matriz de SnO2 modifica la densidad electrónica de tipo s que visita el núcleo de los átomos de Sn. Además, los resultados de la espectroscopia de Mössbauer confirman las modificaciones estructurales determinadas a partir de otras técnicas para los sistemas nanoparticulados Sn1−xAlxO2, Sn1−xFexO2 y Sn1−xErxO2.

Neste trabalho foi estudada a origem do magnetismo em óxidos nanoparticulados dopados com metais. Com este fim foram sintetizadas e estudadas as propriedades estruturais, vibracionais, magnéticas e interações hiperfinas de nanopartículas de óxido de estanho puro e dopado com três tipos de metais (i) com metais de transição Fe e Cr (ii) terras raras o Er (iii) metais não magnéticos o Al. Através do refinamento dos difratogramas de raios-X usando o método do Rietveld determinou-se a presença de uma única fase nas amostras sem dopagem. Esta fase persistiu nas amostras dopadas com metal. Medidas de espectroscopia Raman mostraram que o limite de solubilidade, no caso das amostras dopadas com Fe, é até 20%. Nos três tipos de dopante determinou-se um decrescimento no tamanho da nanopart ícula com o aumento da concentração de dopante. Medidas magnéticas das nanopartículas de SnO2 puras e dopadas com Al, mostraram a ocorrência de um ferromagnetismo não convencional, atribuído a elétrons desemparelhados e armadilhados em vacâncias de oxigênio. Já as medidas magnéticas das nanopartículas de SnO2 dopadas com elementos magnéticos: metais de transição e terras raras, mostraram que independentemente do tipo de dopante o ferromagnetismo observado para baixas concentrações pode ser bem interpretado pelo modelo de pólarons magnéticos ligados; porém, observou-se que a intensidade da contribuição ferromagnética depende do tipo de dopante. Para altas concentrações e perto do limite de percolação de SnO2 (xp = 25%) observou-se a coexistência de ferromagnetismo, antiferromagnetismo e paramagnetismo, nas amostras dopadas com Fe. Curvas de ZFC e FC destas amostras mostraram evidencias de relaxação térmica associada com superparamagnetismo ou vidro de spin. Por outro lado, medidas de espectroscopia Mössbauer usando como sonda o Sn mostraram que o ingresso do dopante modifica a densidade eletrônica tipo s devido à substituição de íons Sn4+ com ions de menor estado de valência. Os resultados obtidos por espectroscopia Mössbauer ajudaram a confirrmar os resultados das propriedades estruturais determinadas por DRX e espectroscopia Raman nas séries Sn1−xAlxO2, Sn1−xFexO2 e Sn1−xErxO2.