Estudo do efeito da substituição do íon Al3+ sobre os mecanismos de polarização e condução na hexaferrita de bário-lantânio tipo-M

Catique, Luã da Costa; http://lattes.cnpq.br/2410599984009422; https://orcid.org/0000-0002-8751-7111

Tese

Estudo do efeito da substituição do íon Al3+ sobre os mecanismos de polarização e condução na hexaferrita de bário-lantânio tipo-M

O estudo das propriedades elétricas e os mecanismos de polarização e condução são importantes nos materiais ferrimagnéticos e dielétricos porque a potencialidade de seu uso em diversas aplicações como: spintrônica, materiais multiferróicos e absorção de radiações eletromagnéticas também dependem des...

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Autor principal:	Catique, Luã da Costa
Outros Autores:	http://lattes.cnpq.br/2410599984009422, https://orcid.org/0000-0002-8751-7111
Grau:	Tese
Idioma:	por
Publicado em:	Universidade Federal do Amazonas 2024
Assuntos:	. . CIENCIAS EXATAS E DA TERRA: FISICA: FISICA DA MATERIA CONDENSADA Hexaferrita de bário Propriedades estruturais Propriedades magnéticas Propriedades elétricas Mecanismo de polarização Mecanismos de relaxação Mecanismo de condutividade
Acesso em linha:	https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/10393

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spelling	oai:https:--tede.ufam.edu.br-handle-:tede-103932024-10-03T05:06:42Z Estudo do efeito da substituição do íon Al3+ sobre os mecanismos de polarização e condução na hexaferrita de bário-lantânio tipo-M Study of the effect of replacing the Al3+ ion on the polarization and conduction mechanisms in M-type barium-lantanhoum hexaferrite Catique, Luã da Costa Guerrero Zayas, Fidel http://lattes.cnpq.br/2410599984009422 http://lattes.cnpq.br/9977494986476816 Fonseca Filho, Henrique Duarte da http://lattes.cnpq.br/1464003755275281 Trichês, Daniela Menegon http://lattes.cnpq.br/8037054732461325 Alcaide, Ernesto Govea http://lattes.cnpq.br/4402159171600013 https://orcid.org/0000-0002-8751-7111 . . CIENCIAS EXATAS E DA TERRA: FISICA: FISICA DA MATERIA CONDENSADA Hexaferrita de bário Propriedades estruturais Propriedades magnéticas Propriedades elétricas Mecanismo de polarização Mecanismos de relaxação Mecanismo de condutividade O estudo das propriedades elétricas e os mecanismos de polarização e condução são importantes nos materiais ferrimagnéticos e dielétricos porque a potencialidade de seu uso em diversas aplicações como: spintrônica, materiais multiferróicos e absorção de radiações eletromagnéticas também dependem destas propriedades elétricas. Esta pesquisa teve como objetivo estudar o efeito da substituição do íon \ce{Al^{3+}} sobre os mecanismos de polarização e condução na hexaferrita de bário-lantânio tipo-M usando diferentes modelos fenomenológicos e teóricos. As cerâmicas, com fórmula química \ce{Ba_{0,9}La_{0,1}Fe_{12-x}Al_{x}O_{19}} e composição do cátion \ce{Al^{3+}} desde x = 0,0 até 1,3, foram preparadas pelo método cerâmico convencional. A análise estrutural e morfológica foi realizada para todas as cerâmicas sob estudo através da difração de raios-X, o método de refinamento de Rietveld, a espectroscopia Raman e a microscopia eletrônica de varredura. As medições dos laços de histerese e permissividade complexa foram feitas usando a magnetometria da amostra vibrante e a espectroscopia dielétrica. Os principais resultados revelaram a coexistência de duas fases de hexaferritas com os grupos espaciais não centrossimétricos $P6_{3}mc$ e centrossimétricos $P6_{3}/mmc$. Os grãos apresentaram uma morfologia hexagonal para as duas fases com tamanho de grãos máximo de 5 $\mu$m. As propriedades magnéticas; \ce{M_{s}}, \ce{M_{r}}, \ce{K_{eff}}, \ce{H_{a}}, \ce{\mu_{B}} e $\chi$ magnética diminuem e o campo coercitivo aumenta \ce{H_{c}} com o incremento do conteúdo do cátion \ce{Al^{3+}}. As propriedades elétricas têm variações com o conteúdo do íon \ce{Al^{3+}}. Valores dos parâmetros de relaxação, $\alpha$ e $\beta$, obtidos através do processo de relaxação e função dielétrica de Havriak-Negami, mostraram relaxação do tipo não Debye e distribuição do tempo de relaxação com alta assimetria. Os valores de energia de ativação determinados usando a relação de Arrhenius sobre o tempo de relaxação nos formalismos da permissividade, módulo elétrico e condutividade-ac indicaram processos de polarização e condução nos diferentes intervalos de temperaturas analisados. Um mecanismo de polarização dipolar local e dos mecanismos de condução; hopping de elétrons de barreiras correlacionadas e tunelamento de polarons pequenos não sobreposto foram identificados no intervalo de temperatura de 10 a 100 K. Um mecanismo de polarização interfacial e dos mecanismos de condução; tunelamento mecânico quântico e tunelamento de polarons grandes sobrepostos foram identificados no intervalo de temperatura de 110 a 300 K. A energia de ativação varia com a temperatura e está relacionada aos mecanismos de polarização e condução identificados em cada intervalo de temperatura. The study of electrical properties and polarization and conduction mechanisms are important in ferrimagnetic and dielectric materials because the potential for their use in various applications such as: spintronics, multiferroic materials and absorption of electromagnetic radiation also depends on these electrical properties. This research aimed to study the effect of substitution of the \ce{Al^{3+}} ion on the polarization and conduction mechanisms in M-type barium-lanthanum hexaferrite using different phenomenological and theoretical models. Ceramics, with chemical formula \ce{Ba_{0.9}La_{0.1}Fe_{12-x}Al_{x}O_{19}} and cation composition \ce{Al^{3+}} from x = 0.0 to 1.3, were prepared using the conventional ceramic method. Structural and morphological analysis was carried out for all ceramics under study using X-ray diffraction, the Rietveld refinement method, Raman spectroscopy and scanning electron microscopy. Measurements of hysteresis loops and complex permittivity were made using vibrating sample magnetometry and dielectric spectroscopy. The main results revealed the coexistence of two hexaferrite phases with non-centrosymmetric $P6_{3}mc$ and centrosymmetric $P6_{3}/mmc$ spatial groups. The grains presented a hexagonal morphology for both phases with a maximum grain size of 5 $\mu$m. Magnetic properties; \ce{M_{s}}, \ce{M_{r}}, \ce{H_{c}}, \ce{K_{eff}}, \ce{H_{a}}, \ce{\mu_{B}} and magnetic $\chi$ decrease with the increase of the \ce{Al^{3+}} cation. The electrical properties vary with the content of the \ce{Al^{3+}} ion. Values of the relaxation parameters, $\alpha$ and $\beta$, obtained through the relaxation process and Havriak-Negami dielectric function, showed non-Debye type relaxation and relaxation time distribution with high asymmetry. The activation energy values determined using the Arrhenius relationship on the relaxation time in the permittivity, electrical modulus and ac-conductivity formalisms indicated polarization and conduction processes in the different temperature ranges analyzed. A local dipolar polarization mechanism and conduction mechanisms; Correlated barrier electron hopping and non-overlapping small polaron tunneling have been identified in the temperature range of 10 to 100 K. A mechanism of interfacial polarization and conduction mechanisms; Quantum mechanical tunneling and tunneling of large overlapping polarons have been identified in the temperature range 110 to 300 K. The activation energy varies with temperature and is related to the polarization and conduction mechanisms identified in each temperature range. CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico 2024-10-02T19:28:17Z 2024-02-28 Tese CATIQUE, Luã da Costa. Estudo do efeito da substituição do íon Al3+ sobre os mecanismos de polarização e condução na hexaferrita de bário-lantânio tipo-M. 2024. 147 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2024. https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/10393 por Acesso Aberto https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ application/pdf Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Exatas Brasil UFAM Programa de Pós-graduação em Física
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Estudo do efeito da substituição do íon Al3+ sobre os mecanismos de polarização e condução na hexaferrita de bário-lantânio tipo-M

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