O objetivo deste projeto é o estudo do magnetismo em materiais cerâmicos magnéticos, o estudo do magnetismo em compostos moleculares tais como fosfatos, calcogenetos e hexacianetos usando as técnicas de susceptibilidade magnética e magnetização em campos de até 5T e espectroscopia Mössbauer. Os assuntos que serão desenvolvidos neste projeto são:
Estudos de comportamentos de transporte nas cerâmicas perovskitas baseadas em Mn e Fe.
Prof. Dr.Mohammed El Massalami
Colaboradores:
Prof. Dr. Paulo H. Domingues
Profa.Dra.Lígia F. Moreira
Amal Elzubair (doutorado)
De modo geral, propriedades estruturais, magnéticas e transporte magnético de La1-y3+Ty2+Mn1-y3+Mny4+O3 (T=Ca,Sr,Ba) são criticamente sensíveis à concentração do dopante alcalino-terroso. As características magnetoresistivas colossal desta série são governadas por um balanceamento delicado entre os efeitos de delocalização (favorecendo uma transição metálica e magnetoresistividade gigantesca) e o efeito Jahn-Teller (favorecendo a localização de cargas e comportamento isolante). As características metálicas ferromagnéticas são bem explicadas pelo chamado modelo de interação de dupla troca. Entretanto, mais recentemente, resultados inesperados de resistividade tem sido publicados: a altas temperaturas fica evidente que a resistividade é governada não pelo pulo eletrônico variável mas pelas chamadas interações de polaron. Por outro lado, as características da resistividade à baixa-temperatura mostram um aumento considerável. Até o presente, não existe explicação para estas características à baixa-temperatura. Além disso, não existem estudos sobre o comportamento resistivo a temperaturas muito altas. Espera-se com estes estudos lançar mais luz sobre a origem do mecanismo de espalhamento que domina a resistividade à temperaturas mais baixas.
Nosso interesse imediato é investigar estes comportamentos de transporte a temperaturas muita baixas e muito altas. Esta faixa de temperaturas não é comumente coberta na literatura. Além disso, estamos empreendendo a investigação das propriedades magnéticas e calorimétricas destes compostos na faixa de temperatura 20mK
Um segundo tópico sendo desenvolvido é o estudo destas perovskitas quando substituimos Mn por Fe. Nesse caso, a série não apresenta magnetoresistência e também não apresenta transição de fase magnética. Resultados Mössbauer indicam que para temperaturas baixas o sistema apresenta-se como ordenado, com vários sextetos bem resolvidos. Este problema está sendo estudado.
Magnetismo em Sistemas de Baixa Dimensão
Prof. Dr. Paulo H. Domingues
Colaboradores:
Profa.Dra.Lígia de F. Moreira
Prof. Dr. Enrico C. Mattievich
Prof. Helio S. de Amorim
Prof. Manoel R. do Amaral Jr.
Os fosfatos de ferro apresentam uma imensa gama de alternativas para o seu estudo. Os materiais que vamos estudar são substâncias sintetizadas em nosso laboratório correspondentes, em geral, a espécies que existem na natureza. Cada uma das espécies que sintetizamos no laboratório demonstrou possuir a propriedade de formar soluções sólidas isoestruturais, formando séries de compostos que podem variar dentro de uma ampla gama de substituições catiônicas ou de estados de oxidação do metal sem por isso perderem as suas caraterísticas básicas que os identificam como membros de uma mesma série. Estes materiais apresentam uma série de propriedades interessantes tais como flutuação de valência, transições de fases magnéticas, ordem-desordem, etc. O estudo que será realizado envolverá, além da síntese destes materiais utilizando processos hidrotérmicos, o desenvolvimento de técnicas para tentar o crescimento de cristais destes materiais, que é algo extremamente difícil, a determinação de sua estrutura cristalina por raios-x, e o estudo destes materiais utilizando as técnicas de espectroscopia Mössbauer, magnetização e susceptibilidade magnética. A séries que serão estudadas serão:
Série Hureaulita, (FexMn1-x)5(PO4H)2(PO4)2.4H2O
A hureaulita é um mineral que aparece na natureza contendo predominantemente Mn, com uma percentagem de Fe em torno de 25%. A caraterística básica destas soluções sólidas da hureaulita consiste no fato que os íons metálicos Fe2+/Mn2+, que possuem coordenação octaédrica, estão dispostos na forma de pentâmeros ligados pelas arestas dos octaédros distorcidos. Cada um destes pentâmeros se liga a outros pentâmeros e aos tetraédros de fosfatos através dos vértices destes octaédros. A caraterística interessante destes pentâmeros e que determina as suas propriedades magnéticas é que eles apresentam três sítios cristalograficamente diferentes distribuidos espacialmente na forma Fe(2)-Fe(3)-Fe(1)-Fe(3)-Fe(2), a ligação de cada pentâmero com os outros pentâmeros vizinhos se fazendo somente através dos vértices dos sítios (2) e (3), estando o sítio (1) ligado somente aos sítios (2) dentro de cada pentâmero. Observamos através de medidas de susceptibilidade magnética que o momento magnético efetivo destes materiais é de cerca de 12mB por fórmula química.
Devido ao fato que as interações entre pentâmeros se fazerem através dos vértices dos octaédros, através de forte interação de super-troca, o acoplamento entre pentâmeros é antiferromagnético. O sistema para x=5 é um antiferromagneto puro. À medida que introduzimos Mn o acoplamento intra-pentâmero se altera gradualmente dando origem a uma ordem magnética tipo ferromagnetismo fraco para concentrações de Fe menores que 60% (x<3), ou seja, passa a existir uma competição entre as anisotropias local e de troca pois o Mn não possui momentum angular orbital que faz com que os íons Mn se acoplem preferencialmente aos eixos locais de simetria dos octaédros. Isto está sendo estudado no momento. Para concentrações mais baixas de Fe (x»1) ocorre um segundo pico na curva de susceptibilidade, provavelmente devido a um reordenamento dos íons Mn dentro dos pentâmeros.
O fato do sítio (1) não se ligar a outros pentâmeros faz com que sua energia de ligação seja menor que a dos outros sítios. Observamos no composto com x=5 que para campos da ordem de 12kOe aparece uma transição de fase induzida por campo. No momento estamos estudando as propriedades desta transição. Outro fato observado é que a introdução de Mn faz baixar a temperatura de ordem magnética.
Este estudo está em andamento, como foi dito acima, e na sua realização serão utilizadas as técnicas de difratometria de raios-x, magnetização e susceptibilidade em altos campos e espectroscopia Mössbauer.
Sistema hidratado: (FexMn1-x)3(PO4)3×nH2O, com n = 0, 3, 4
Esta série será estudada sob dois aspectos: substituindo-se Fe2+ por Mn2+ que chamamos de série fosfoferrita-redingita e oxidando-se controladamente o Fe2+ que se constitui na série fosfoferrita-krizhanovskita. Estes nomes devem-se a fosfatos encontrados na natureza. A fosfoferrita é um material onde os íons Fe2+ são coordenados octaedricamente formando tríades ligadas pelas arestas e estão localizados em dois sítios diferentes na proporção Fe(II):Fe(I)=2:1, a ligação entre as tríades se fazendo através dos vértices dos octaédros de Fe(II). Este material é um ferromagneto fraco apresentando ordem magnética abaixo de 15K. Estes estudos, utilizando espectroscopia Mössbauer, indicaram que na região próxima da temperatura crítica, o comportamento da magnetização é anômalo pois enquanto os Fe(II) apresentam expoente crítico correspondente a um sistema Ising tridimensonal normal, os Fe(I) apresentam expoente crítico correspondente a um sistema Ising 2D. Os estudos tanto de magnetização como Mössbauer mostram que estes sistemas se comportam como sistemas tipo XY-2D dos quais existem muito poucos exemplares até agora descobertos. Mostra-se, também, que a oxidação do sistema com n = 3 leva a um sistema isomorfo com caraterísticas também 2D onde a transição de fase desaparece totalmente mas aparece ordem de curta distância, vista pelo efeito Mössbauer.. Os estudos serão realizados para se determinar a contribuição do ferromagnetismo fraco para as propriedades termodinâmicas de baixa dimensão destes materiais. Como adendo a estes estudos, vamos tentar sintetizar estes materiais com Mn substituindo o Fe. Espera-se algunas informações interessantes pois o Mn2+ é um sistema d5.
Estudo de Ligas Intermetálicas com Aplicação Potencial em Ímãs Permanentes
Prof. Dr. Paulo H. Domingues
Colaboradores
Prof. Helio S. Amorim
Prof. Manoel R. do Amaral Jr
Profa.Dra.Vitória M. T. S. Barthem
Dr. Elis Helena Sinnecker (pós-doutora)
Colaboradores externos
Prof.Dr.Jose Luis Sanchez Ll. (Univ. de Havana)
Prof Sergio G. Garcia, (pesquisador visitante no CBPF, Univ. de Havana)
Prof. Dr. Joseph Fidler (Institut fur Angewandte und Technishe Physik)
Estudantes
Gustavo Lopez N. (doutorado)
No momento, o grupo coordena convênio institucional com a Universidade de Havana para trabalhos na área de materiais magnéticos para ímãs permanentes. Este projeto de pesquisa está inserido no convênio de colaboração científica envolvendo a Universidade Federal do Rio de Janeiro e a Universidade de Havana com a interveniência da FAPERJ. Ele vem complementar um convênio existente entre as duas universidades visando o estudo de materiais magnéticos. Existem dois grupos de materiais magnéticos de impacto notável na tecnologia contemporânea: os super-ímãs e os meios magnéticos para o registro de informação. Os superímãs estão baseados em compostos intermetálicos de elementos de terras-raras e metais de transição. O desenvolvimento de novos superímãs requer como investigação básica a busca de novos compostos em sistemas de ligas que ainda não foram investigados detalhadamente até o momento, assim como o estudo de suas propriedades magnéticas e estruturais. Este é um dos objetivos do presente projeto, a saber, a busca de novas fases magnéticas de interesse para o desenvolvimento de ímãs permanentes nos sistemas ternários RE-Fe-Me, RE = terra-rara e Me = Mo, W e Zr, e o estudo de suas propriedades físicas. Esta é a tendência atual mais forte neste campo. Por outro lado, a deposição de filmes finos e multicamadas de materiais magnéticos utilizando como técnica a deposição por laser pulsado vem sendo intensamente investigada nos últimos 5 anos. Esta técnica se apresenta como muito promissora para a obtenção de novos materiais e estruturas artificiais magnéticas nanocristalinas para o registro magnético de informacão. Outro dos objetivos do presente projeto é a deposição de filmes finos e multicamadas baseadas em óxidos magnéticos (ferritas) e realizar uma investigacão básica da correlação entre sua estrutura, microestructura e propriedades magnéticas e as condições de crescimento cristalino. Portanto, a temática do projeto é bastante atual dentro do contexto internacional e possui originalidade científica.
