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Efectos de las tensiones en manganitas de [LaMn.sub.1-X][Co.sub.X][O.sub.3] (0 [menor que o igual a] x [mayor que o igual a] 0,5).

STRESS EFFECTS [LaMn.sub.1-X][Co.sub.X][O.sub.3] MANGANITES (0 [greater than or equal to] x [less than or equal to] 0,5)

Introduccion

Las manganitas perosvkitas del tipo [La.sub.1-x] [A.sub.x]Mn[O.sub.3] donde La es una tierra rara y A es un ion divalente (por ejemplo, Calcio, Estroncio o Bario), han sido objeto de muchos estudios debido a las propiedades magneticas y electricas que presentan. Estos materiales, que son oxidos de valencia mixta con estructura similar a la que presenta la perovskita CaTi[O.sub.3], despertaron gran interes despues del descubrimiento de la superconductividad de alta temperatura, en el ano de 1986, por el aleman Georg Bernorz y el sueco Alex Muller [1], y el descubrimiento, en el ano de 1993, de la magneto resistencia negativa por Chahara y Von Helmont [2-3].

Estos materiales, a diferencia de los ferromagneticos habituales, presentan transiciones a estados ferromagneticos y electricos diferentes, a una temperatura especifica, denominada temperatura de transicion, la cual depende del dopado que posee la muestra. Dichas transiciones son una de las caracteristicas mas notables de este tipo de materiales.

Los primeros en estudiar las manganitas fueron Jonner y Van Santen en el ano de 1950 [4]. Ellos encontraron transiciones ferromagneticas en cristales de LaMn[O.sub.3]-CaMn[O.sub.3], LaMn[O.sub.3]-SrMn[O.sub.3] y LaMn[O.sub.3]-BaMn[O.sub.3], Dichos investigadores propusieron la expresion [T.sub.1-x][D.sub.x]Mn[O.sub.3], con T una tierra rara trivalente o un cation [Bi.sup.3+], y D un alcalino divalente o un cation [Pb.sup.2+], como la formula quimica general para los compuestos estudiados. Expresion que, en terminos generales, puede ser utilizada para capturar la relacion quimica de otros compuestos mixtos, como los que se reportan en este estudio, aunque, como senalan otros investigadores, esta expresion, en principio, deberia aplicarse solamente a compuestos que contengan un 100% de [Mn.sup.4+].

Un ano mas tarde de la publicacion de Jonner y Van Santen, Zener [5] explico la correlacion entre el magnetismo y las propiedades electricas e introdujo el concepto de doble intercambio (DE). Un trabajo mas detallado de este concepto fue hecho en el ano de 1955 por Anderson y Hasegawa [6] y en el ano de 1960 por de Gennes [7], quienes hicieron un estudio teorico detallado. Ya en el ano de 1955, Wollan y Koehler [8] investigaron las manganitas [La.sub.1-x][Ca.sub.X]Mn[O.sub.3] usando tecnicas de difraccion de neutrones. Ellos caracterizaron las fases antiferromagneticas (AF o AFM) y ferromagneticas (FM) y notaron la mezcla de magnetismo tipo C y E en celdas unitarias a un dopado x = 5.

Uno de los factores que influyen de manera considerable en las propiedades de las manganitas son las tensiones que se generan al hacer un dopado quimico; es decir, al hacer sustituciones de los diferentes compuestos de la manganita por otros compuestos, ya sea sustituciones en el ion de Lantano o sustituciones en el ion de Manganeso. En este trabajo se analiza como afectan las propiedades magneticas de compuestos de [LaMn.sub.1-x][Co.sub.x][O.sub.3] (0 [menor que o igual a] x [menor que o igual a] 0,5) en funcion de las tensiones generadas al hacer la sustitucion por Cobalto, es decir, al hacer sustituciones en el ion de Manganeso.

Metodologia: aspectos experimentales

Las muestras estudiadas fueron preparadas por el metodo de Sol-Gel, denominado Citrato. Los precursores utilizados fueron: Acido citrico: [C.sub.6][H.sub.8][O.sub.7], Nitrato de Manganeso: [Mn(N[O.sub.3]).sup.2].4[H.sub.2]O, Nitrato de Cobalto: Co(N[[O.sub.3]).sub.2].6[H.sub.2]O. Asi, se generaron las siguientes reacciones quimicas:

[C.sub.6][H.sub.8][O.sub.7] + [La.sub.3] + complejos de Lantano (Citratos de Lantano)

[C.sub.6][H.sub.8][O.sub.7] + [Mn.sup.2+] complejos de Manganeso (Citratos de Manganeso)

[C.sub.6][H.sub.8][O.sub.7] + [Co.sub.2+] complejos de Cobalto (Citratos de Cobalto)

Estas reacciones se mezclaron para la formacion de la solucion. Posteriormente, se hizo la evaporacion del solvente para la formacion del gel, y, por ultimo, se calento a una temperatura de 600 [degrees]C durante 4 horas, para la formacion de la manganita con dopado de Cobalto. Las medidas de comportamiento magnetico se efectuaron usando un susceptometro Lake Shore 7000, en un rango entre 80 y 300 K. El calculo de las tensiones se hizo a partir de las medidas de DRX, las cuales fueron realizadas con un difractometro Rigaku, a temperatura ambiente, usando la radiacion CuK[[alfa].sub.1] Las constantes de red se determinaron usando el programa, de libre distribucion, Powder Cell (PCW).

[FIGURA 1 OMITIR]

Resultados y discusiones

En la Figura 1 se muestran los espectros de RDX de las muestras [LaMn.sub.1-x][Co.sub.X][O.sub.3] (0 [menor que o igual a] x [menor que o igual a] 0,5). Las muestras presentan una estructura ortorrombica Pbnm, con grupo espacial numero 62. Las constantes de red a, b y c y el volumen de la celda unitaria (V) fueron determinados con el programa PCW (tabla 1).

En la Tabla 1 se observa que los parametros de red, contantes y volumen de la celda unitaria disminuyen con el contenido de Cobalto. Dicha disminucion se puede atribuir al pequeno tamano del [Co.sup.3+] comparado con el [Mn.sup.3+], dado que no hay indicios significativos de la existencia de fases secundarias y que la homogeneidad en la composicion esta por encima del 94%. En la Figura 2 se esquematiza la variacion de las constantes de red y del volumen de la celda unitaria, con el incremento del contenido de Cobalto en las muestras. En dicha figura se puede apreciar que la mayor variacion de las constantes de red (a, b y c) corresponde a un dopado bajo y que, a dopados por encima de 0,2, las constantes de red a y b practicamente no cambian.

[FIGURA 2 OMITIR]

Las sustituciones en los sitios B del Manganeso por iones de Co o Ni mas pequenos (radio del [Co.sup.3+] = 0,54, radio del [Ni.sup.3+] = 0,56, radio del [Mn.sup.3+] = 0,58) dieron como resultado un incremento de la temperatura de Curie (Tc) (Tabla 2) en funcion del contenido de Co. Trabajos previos se han realizado en muestras policristalinas con relacion [Mn.sup.3+]/[Mn.sup.4+] fija en 7/3; [A.sub.0,7][A'.sub.0,3]Mn[O.sub.3] usando diferentes iones trivalentes de tierras raras (A) y alcalinoterreos divalentes (A'). Los resultados muestran un aumento de Tc que se produce mediante la aplicacion de una presion externa o incrementando <[r.sub.A]> mediante el dopado quimico. El anterior hecho ha sido asociado a un incremento del elemento de matriz b que describe el salto de electrones entre los diferentes sitios del Mn, lo que conlleva un aumento en Tc. La aplicacion de presiones externas al igual que dopados que aumentan <[r.sub.A]> produce cambios en los parametros geometricos estructurales (longitud y angulo de la ligadura Mn-O-Mn) que producen un incremento de b. En la Tabla 2 tambien se observa el aumento de las tensiones biaxiales al aumentar el contenido de Cobalto; es decir, que un aumento en la distorsion de la red genera un aumento en la temperatura de Curie y un aumento en las tensiones biaxiales.

Debido a que Tc aumenta al aumentar las tensiones, podemos asumir que las tensiones biaxiales incrementan el desdoblamiento Jahn-Teller de los niveles [e.sub.g], incrementando por consiguiente la localizacion de los electrones, como ha sido predicho por Millis y sus colaboradores [9].

Conclusiones

Las sustituciones en los sitios B del Manganeso por iones de Co mas pequenos (radio del [Co.sup.3+] = 0,54, radio de [Ni.sup.3+] = 0,56, radio del [Mn.sup.3+] = 0,58) dieron como resultado un incremento de Tc en funcion del contenido de Co. Este incremento de la temperatura de Curie sugiere un aumento de la temperatura de transicion, de la fase ferromagnetica a la fase paramagnetica, lo cual nos indicaria que este tipo de manganita-perovskita seria un muy buen candidato para hacer estructuras en aplicaciones de espintronica.

Los resultados muestran un incremento de Tc similar al que se produce mediante la aplicacion de una presion externa o incrementando <[r.sub.A]> mediante el dopado quimico. El anterior hecho ha sido asociado a un incremento de matriz b que describe el salto de electrones entre los diferentes sitios del Mn, lo que conlleva un aumento en Tc. Estos resultados indican que el cambio de las tensiones biaxiales afecta fuertemente el comportamiento electrico y magnetico del las muestras. Este cambio de comportamiento puede ser explicado mediante el mecanismo de doble intercambio, en el cual hay una transferencia de carga del ion [Mn.sub.3+] al ion [Mn.sub.4+] a traves del oxigeno, tal como explico Zener en el ano 1951 [5]. Ademas, al cambiar el comportamiento electrico y magnetico, es decir, pasar de un comportamiento dielectrico a uno metalico y de un comportamiento ferromagnetico a uno diamagnetico hace que estos materiales tengan utilidad para el estudio de los electrones del Manganeso, que, como se sabe, son los responsables de las propiedades magneticas del Mn.

Reconocimientos

El presente articulo corresponde a resultados de la investigacion terminada: Efectos de la red en las propiedades de transporte de manganitas con magnetorresistencia colosal (MRC); financiada por el Centro de investigaciones y desarrollo cientifico de la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas--CIDC, como apoyo para la financiacion de proyectos de investigacion desarrollados por docentes en formacion en programas de doctorado.

Fecha de envio: Junio de 2011

Fecha de recepcion: Junio de 2011

Fecha de aceptacion: Diciembre de 2011

Referencias

[1] G. Bednorz y A. Muller, "Perovskite-Type Oxides -The New Approach To High-Tc Superconductivity". Z. Phys, B 64, 1986, 189 p.

[2] Chahara et al., "Magnetoresistance in magnetic manganese oxide with intrinsic antiferromagnetic spin structure". Appl. Phys. Lett., 63, 1990.

[3] R. von Helmolt et al, "Giant negative magnetoresistance in perovskitelike La 2/3Ba1/3 MnOx Ferromagnetic filmscv". Phys. Rev. Lett., 71, 1993, 2331 p.

[4] G. Jonner, J. Van Santen, "Ferromagnetic compounds of manganese with perovskite structure". Physical, 16, 1950, 337 p.

[5] C. Zener. "Interaction Between the d Shells in the Transition Metals". Phys. Rev., 81, 1951, 440 p.

[6] P. Anderson, H. Hasegawa. "Resistivity and magnetoresistance of degenerate ferromagnetic semiconductors with double exchange". Phys. Rev., 100, 1955, 675 p.

[7] P. de Gennes. "Effects of Double Exchange in Magnetic Crystals". Phys. Rev., 118, 1960, 141 p.

[8] E. O. Wollan, W. C. Koehler. "Neutron Diffraction Study of the Magnetic Properties of the Series of Perovskite-Type Compounds [(1-x)La, xCa]MnO3". Phys. Rev., 100, 1955, 545 p.

[9] A. Millis, P. Littlewood, B. Shraiman. "Fer mi-liquid-to-polaron crossover. II. Double exchange and the physics of colossal magnetoresistance". Phys. Rev. Lett., 74, 1995, 5144 p.

Javier A. Olarte T. *

* Ph D. En Ciencias Fisicas, M.Sc. En Fisica, Universidad Nacional de Colombia. Integrante del grupo de investigacion SciBas. Docente Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas, adscrito a la Facultad Tecnologica. Correo: jaolarte@gmail.com
Tabla 1. Constantes de red para la muestra
[LaMn.sub.1-x][Co.sub.x][0.sub.3] con 0 x 0,5.

                      LaMn[O.sub.3]   [LaMn.sub.0,9]   [LaMn.sub.0,8]
                                       [CO.sub.0,1]     [CO.sub.0,2]
                                        [O.sub.3]        [O.sub.3]

a([Angstrom])            5,5320           5,5272           5,4316
b([Angstrom])            5,7220           5,6967           5,4501
c([Angstrom])            7,6990           7,7508           7,7470
V([Angstrom.sup.3])      243.704         244.047          229.332

                      [LaMn.sub.0,7]   [LaMn.sub.0,6]   [LaMn.sub.0,5]
                       [CO.sub.0,3]     [CO.sub.0,4]     [CO.sub.0,5]
                        [O.sub.3]        [O.sub.3]        [O.sub.3]

a([Angstrom])             5,4254           5,4231           5,4126
b([Angstrom])             5,4110           5,4112           5,4014
c([Angstrom])             7,7457           7,7418           7,7069
V([Angstrom.sup.3])      227.389          227.186          225.315

Tabla 2. Tensiones biaxiales y temperaturas
de Curie para las muestras [LaMn.sub.1-x]
[Co.sub.x][0.sub.3] con 0 x 0,5.

Muestra                  Tension biaxial   Tc (K)
                           [E.sub.bi]

[LaMn.sub.0,9]                0,376        163,87
  [Co.sub0,1][O.sub.3]
[LaMn.sub.0,8]               0,4269          --
  [Co.sub0,2][O.sub.3]
[LaMn.sub.0,7]               0,4548        211,77
  [Co.sub0,3][O.sub.3]
[LaMn.sub.0,6]               0,4675        212,73
  [Co.sub0,4][O.sub.3]
[LaMn.sub.0,5]               0,5046        220,75
  [Co.sub0,5][O.sub.3]
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Author:Olarte T., Javier A.
Publication:Vision Electronica
Date:Jan 1, 2012
Words:2142
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