Separación de fases electrónicas en Pr_1_−_x(Ca,Sr)_xMnO_3−#delta# y magnetorresistencia túnel en Sr_2FeMoO_6
En este trabajo abordamos dos aspectos de la física de perovskitas magnéticas que presentan magnetorresistencia colosal (CMR). En primer lugar estudiamos en profundidad la separación de fases (PS) entre los estados ferromagnético (FM) metálico y antiferromagnético (AFM) aislante con orden de carga (...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2003
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/17/1/1Niebieskikwiat.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | En este trabajo abordamos dos aspectos de la física de perovskitas magnéticas que presentan magnetorresistencia colosal (CMR). En primer lugar estudiamos en profundidad la separación de fases (PS) entre los estados ferromagnético (FM) metálico y antiferromagnético (AFM) aislante con orden de carga (CO) en manganitas del tipo Pr_1_−_x(Ca,Sr)_xMnO_3_− #delta#. En segundo lugar, y de forma más breve, analizamos el problema de la influencia de las barreras aislantes de borde de grano en la magnetorresistencia túnel en la doble perovskita Sr_2FeMoO_6. El uso de diferentes técnicas de medición nos ha permitido realizar una caracterización completa del estado de PS en los compuestos Pr_0.65Ca_0.35_−_ySr_yMnO_3 para 0 #<=# y #<=# 0.20, Pr_0.5Sr_0.5_−_zCa_zMnO_3 para z = 0, 0.1 y 0.2 y Pr_1−_xCa_x−_0.3Sr_0.3MnO_3 (0.46 #<=# x #<=# 0.54), los cuales fueron preparados en nuestro laboratorio. Los estudios estructurales de estos materiales fueron realizados mediante difracción de rayos X a temperatura ambiente. A bajas temperaturas, la coexistencia de fases fue observada tanto por técnicas magnéticas globales, como magnetometría SQUID y difracción de neutrones, así como por mediciones sensibles al entorno magnético local, como la resonancia de espín electrónico (ESR). La caracterización eléctrica, realizada a través de mediciones de resistividad y poder termoeléctrico (efecto Seebeck), nos permitió dilucidar las características de las transiciones metal-aislante, que están en relación directa con las propiedades magnéticas del estado de PS. Los sistemas estudiados presentan una gran complejidad, y para lograr un buen entendimiento del estado de PS es importante conocer como influyen sobre las propiedades físicas de estos materiales los diversos parámetros, como ser el tamaño de los iones, el dopaje, el desorden, las vacancias de oxígeno, etc. Varios capítulos de esta tesis están dedicados a estas temáticas. En primer lugar, en el compuesto Pr_0.65Ca_0.35_−_ySr_yMnO_3 estudiamos los efectos del radio iónico promedio del sitio A de la perovskita (r_A), manteniendo constante la concentración de portadores (x = 0.35). Este material presenta una evolución desde una fase aislante con orden de carga para (r_A) pequeño (y = 0) hacia la fase FM metálica para (r_A) grande (y = 0.20). En la región intermedia, donde ocurre la transición metal-aislante de primer orden, la fuerte competencia entre ambas fases genera el estado de PS en un amplio intervalo de temperatura. Para cuantificar esta coexistencia, a partir de los datos de magnetización obtuvimos la fracción de fase FM (X) como función de la temperatura. En la muestra y = 0.10, donde observamos la PS, el desacople de las propiedades magnéticas y eléctricas indica un mecanismo de transporte del tipo percolativo,1 característico de mezclas binarias metal/aislante. Al mismo tiempo, debido a esta característica de la conducción eléctrica, la aplicación de un campo magnético produce en la muestra y = 0.10 los valores más altos de magnetorresistencia. Entre los mecanismos propuestos para la coexistencia de fases se encuentran los efectos del desorden sobre la transición metal-aislante de primer orden. Basados en esto, para describir la separación de fases en las muestras de Pr_0.5Sr_0.5_−_zCa_zMnO_3, propusimos un modelo fenomenológico que tiene en cuenta los efectos del desorden aleatorio sobre la energía libre del sistema. En este contexto mostramos que una diferencia de energía pequeña entre las fases antagónicas permite al desorden generar el estado inhomogéneo. Con este modelo pudimos reproducir la evolución en temperature de la fracción de fase FM así como la frontera en el plano temperatura-campo magnético que separa al estado de PS de la fase FM. Las curvas de magnetización como función del campo magnético (H) en el estado de PS muestran la existencia de dos regímenes dinámicos separados por el campo H_c, al que interpretamos como un campo crítico de desanclaje de paredes de dominio. A partir del análisis de la susceptibilidad térmicamente activada para H < H_c, estimamos que el tamaño de los dominios ferromagnéticos es de #approx# 130nm, lo que concuerda con los tamaños característicos observados por microscopía electrónica. De estas mediciones también surgió que el potencial de anclaje posee un carácter local, por lo que podría deberse al desorden intrínseco generado por el reemplazo catiónico del sitio A de la perovskita. Este desorden podría ser también responsable de generar la PS. El efecto del desorden es generar una distribución aleatoria en los parámetros físicos que determinan la energía de las fases que compiten, y transforma la transición de primer orden en una transición metal-aislante del tipo percolativa. Este tipo de transición la hemos analizado en detalle en el compuesto Pr_1_−_xCa_x_−_0.3Sr_0.3MnO_3 (0.46 #<=# x #<=# 0.54). En este material, la fracción de fase FM de bajas temperatures decrece al aumentar el dopaje, desde X #approx# 67% para x = 0.46 hasta X #approx# 4.6% para x = 0.54. El cambio cualitativo de las propiedades de transporte en x = 0.50 indica que sólo las muestras con dopaje x #<=# 0.50 poseen una fracción de fase FM mayor que el umbral crítico de percolación. De hecho, entre las muestras x = 0.50 y 0.52 la resistividad presenta un salto abrupto de varios órdenes de magnitud. El análisis percolativo de la conductividad, #sigma# #approx#(X − X_c)^p, indica que el umbral crítico de percolación es X_c #approx# 15.5%, en amplio acuerdo con los valores esperados en sistemas tridimensionales. Por otra parte, el exponente crítico obtenido p #approx# 1, es menor que el valor esperado para estos sistemas (p_3_D #approx# 2). Esto podría deberse a efectos geométricos de los dominios ferromagnéticos o a la presencia de una tercera fase bidimensional que observamos en los experimentos de difracción de neutrones. La magnetorresistencia también presenta propiedades muy distintas para las muestras cuya fase FM percola. Como resultado de esto, para obtener los valores más altos de CMR es conveniente preparar muestras cuya fracción de fase FM esté tan cerca como sea posible del umbral crítico de percolación. En el Pr_0.5Ca_0.2Sr_0.3MnO_3_− #delta#( #delta# = 0 y 0.01) estudiamos los efectos de las vacancias de oxígeno sobre la separación de fases. Mostramos que las vacancias ubicadas en el volumen AFM generan una polarización FM local en su entorno, en un radio de #approx# 1nm. Esto al mismo tiempo favorece la percolación de la fase metálica, provocando una disminución de resistividad. Sin embargo, el efecto de las vacancias es despreciable frente a la PS ya presente en el compuesto estequiométrico. Esta observación descarta a las vacancias de oxígeno como el origen fundamental del fenómeno de PS. Finalmente, en la doble perovskita ordenada Sr_2FeMoO_6 los estudios estuvieron principalmente orientados a las propiedades de magnetotransporte. En este material hemos analizado la influencia de la oxidación de los bordes de grano (bg) sobre la magnetorresistencia túnel (TMR), que se observa en perovskitas ferromagnéticas a bajos campos magnéticos. Mostramos que la oxidación de bg induce la formación de impurezas de SrMoO_4 que refuerzan las barreras aislantes intergranulares, hacienda crecer la resistividad y mejorando notablemente la TMR sin afectar el magnetismo. Por otro lado, encontramos que los efectos del desorden Fe/Mo son importantes para la TMR sólo cuando las barreras de bg son pequeñas. Sin embargo, cuando la resistencia de bg crece debido a la oxidación, las barreras intergranulares son las que dominan para determinar el valor de la magnetorresistencia tunnel 1Nota: no hemos encontrado una palabra en castellano que describa a nuestra satisfacción el fenómeno que en inglés se denomina “percolation”. Por esta razón usamos su anglicismo |
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