Efeito da dimensão do site-A na sequência de fases do sistema Eu1-x Lux MnO3

Abstract

Nesta dissertação apresentamos um estudo experimental do efeito do tamanho do ião do site-A na sequência de fases da manganita EuMnO3 dopada com Lu3+, focando principalmente a estrutura e as propriedades físicas do sistema Eu1-x Lux MnO3, com x= 0, 0.1, 0.2, e 0.3.Para tal, foram utilizadas a técnica de difracção de raios-X em pós, e técnicas de caracterização das propriedades magnéticas, dieléctricas, do calor específico e das propriedades polares. Uma vez que o sistema em tudo é semelhante ao sistema EuMnO3 dopado com Y 3+, cujo raio iónico para a coordenação 12 é superior ao do Lu3+, a comparação dos resultados obtidos neste trabalho com os publicados para o sistema Eu1-x Yx MnO3, constitui um dos elementos fundamentais utilizado para a caracterização estrutural e polar das fases magnéticas e o desenho do diagrama de fases do sistema Eu1-x Lux MnO3 , com os valores de x no intervalo 0 ≤ x ≤ 0:3. A estrutura cristalográfica das amostras à temperatura ambiente foi determinada a partir da análise dos espectros de difracção de raios-X em pós, e estudada a dependência dos parâmetros cristalográficos em função da concentração x de Lu3+. Os comprimentos de ligação Mn-O e R-O, sendo R =Eu3+ ou Lu3+, bem como o ângulo de ligação Mn-O1-Mn entre os octaedros MnO6 foram também analisados em função da concentração x. Foi estudado com detalhe o efeito da introdução de Lu3+ nas deformações estruturais. A sequência de transições de fase dos compostos Eu1-x Lux MnO3, com x= 0, 0.1, 0.2, e 0.3, bem como as características das fases, foram estudadas com base nos resultados das medidas de caracterização macroscópica. A partir dos resultados obtidos e com base no modelo de Dzyaloshinskii-Moriya, foi proposta a estrutura magnética das fases ferroeléctricas. O estudo experimental realizado permitiu desenhar o diagrama de fases para o sistema Eu1-x Lux MnO3, com 0 ≤ x ≤ 0:3, e compará-lo com o do sistema Eu1-x Yx MnO3, com 0 ≤ x ≤ 0:55, permitindo avaliar o efeito do tamanho efectivo do site-A no balanço das interacções competitivas do tipo antiferromagnético e do tipo ferromagnético na sequência de transições de fase, bem como nas propriedades magnetoeléctricas nestes sistemas.

In this thesis, we present an experimental study of the effect of the site-A size on the phase sequence of the Lu3+ doped EuMnO3, mainly focusing on the structure and physical properties of the system Eu1-x Lux MnO3, with x = 0, 0.1, 0.2, and 0.3. The physical properties were measured by using the powder X-ray diffractometry, and magnetic, dielectric, specific heat and polar properties characterization techniques. As this system is similar to the Y 3+ doped EuMnO3, whose ionic radius for coordination 12 is higher than the one of Lu3+ , the comparison of the obtained results with those reported for the system Eu1-x Yx MnO3, constitutes a fundamental element used for the structural and polar characterization of magnetic phases, enabling to draw the phase diagram of Eu1-x Lu-x MnO3, with 0 ≤ x ≤ 0:3. The crystallographic structure at room temperature was determined from the Rietveld analysis of the x-ray spectra. The dependence on the Lu3+ concentration of crystallographic parameters, and of the bond lengths Mn - O and R - O, where R =Y 3+ or Lu3+ , and the bond angle Mn–O1-Mn between MnO6 octahedra, were also studied. The effect of the effective site-A size on the structural deformations was analyzed. The phase transition sequence of the compounds Eu1-x Lux MnO3, with x = 0, 0.1, 0.2 and0.3, as well as, the physical properties of each phase were studied based on the macroscopic characterization results. From these and based on the Dzyaloshinskii-Moriya model, the magnetic structure of the ferroelectric phases was proposed. From these results, the phase diagram for Eu1-x Lux MnO3, with 0 ≤ x ≤ 0:3, was proposed, and compared with the one of Eu1-x Yx MnO3, with 0 ≤ x ≤ 0:55. The effect of the effective site-A size on the balance of competitive antiferromagnetic and ferromagnetic interactions was evidenced, which is the main mechanism underlying the phase diagram and the magnetoelectric properties in both systems