Interacción de la química estructural y magnetismo en perovskitas, un estudio de CaLn2Ni2WO9 (Ln = La, Pr, Nd)

Abstract

En el presente trabajo de investigación, se ha investigado las propiedades estructurales y magnéticas de tres diferentes tipos de perovskitas CaLn2Ni2WO9 (La, Pr, Nd), usando varias técnicas: difracción de polvos de rayos X (XRPD), difracción de polvos de neutrones (NPD), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y magnetometría, para establecer una relación entre sus estructuras y sus propiedades magnéticas. Estos materiales son potencialmente aplicables como materiales espín-glass. Las siguientes muestras policristalinas CaLn2Ni2WO9 (Ln=La, Pr, Nd) fueron sintetizados por métodos cerámicos estándar, y caracterizados por una combinación de diferentes técnicas entre ellos: XRPD, NPD, TEM y magnetometría. Los siguientes compuestos CaLa2Ni2WO9, CaPr2Ni2WO9, y CaNd2Ni2WO9 adoptan una estructura monoclínica tipo perovskita con a~5.50 Å, b~5.56 Å, c~7.78 Å, β~90.1°, con un grupo espacial P21/n. De los dos tipos de octaedros (sitios seis veces coordinados), uno de ellos es ocupado completamente por (Ln=Pr) o predominantemente (Ln=La, Nd) por Ni2+ y el otro por Ni2+ y W6+ en una razón de aproximadamente 1:2. Ninguno de los compuestos muestra orden magnético de largo alcance a 5 K. Los datos de magnetometría muestran que los momentos magnéticos de los cationes Ni2+ forman un espín-glass debajo de aproximadamente 30 K en cada uno de los casos. Los momentos magnéticos de Pr3+ en CaPr2Ni2WO9 también se enfrían, pero los momentos magnéticos de Nd3+ en CaNd2Ni2WO9 no se enfrían. Este comportamiento es contrastado con estos observados en otros perovskitas (A,A’)3B2B’O9.

In this research work, I have investigated the structural and magnetic properties of three different type of perovskites CaLn2Ni2WO9 (La, Pr, Nd), by using different techniques: X ray powder diffraction (XRPD), neutron powder diffraction (NPD), transmission electron microscopy (TEM) and magnetometry, in order to stablish a relation between their structures and their magnetic properties. Those materiales are potentially applicable as a spin-glass materials. Polycrystalline samples of CaLn2Ni2WO9 (Ln=La, Pr, Nd) have been synthesized by standard ceramic methods and characterised by a combination of XRPD, NPD, TEM and magnetometry. Each composition adopts monoclinic, perovskite-like structure with a~5.50, b~5.56, c~7.78 Å, β~90.1° in space group P21/n. Of the two crystallographically distinct six-coordinate sites, one of them is occupied completely by (Ln=Pr) or predominantly (Ln=La, Nd) by Ni2+ and the other by Ni2+ and W6+ in a ratio of approximately 1:2. None of the compounds shows long-range magnetic order at 5 K. The magnetometry investigation show that the magnetic moments of the Ni2+ cations form a spin-glass below ~30 K in each case. The Pr3+ moments in CaPr2Ni2WO9 also freeze but the Nd3+ moments in CaNd2Ni2WO9 do not. This behaviour is contrasted with that observed in other (A,A')3B2B'O9 perovskites.