Propiedades electrónicas y magnéticas en óxidos multiferroicos y en materiales nanoestructurados

El interés en los materiales multiferroicos que presentan coexistencia de orden magnético y orden ferroeléctrico, se ha incrementado en los últimos años debido a su potencial tecnológico. Dentro de la familia de los materiales multiferroicos, el mayor interés lo presentan los compuestos magnetoeléctricos, es decir aquellos en los cuales el orden ferroeléctrico esta acoplado con un orden magnético. La posibilidad de controlar la magnetización con un campo eléctrico es muy interesante para su aplicación en memorias. Por otro lado se esta avanzando en la creación de estructuras heterogéneas, conocidas como multiferroicos articiales, que combinen materiales magnéticos con materiales ferroeléctricos, las cuales permiten un amplio abanico de posibilidades y una mejora en las propiedades tanto magnéticas como ferroeléctricas. En este trabajo se presenta el estudio de nuevos materiales con posibilidades de tener propiedades multiferroicas. Para ello se utilizaron distintas estrategias. La primera fue la síntesis de una familia de compositos nanoestructurados que combinan el material ferromagnético La_0.5 Sr_0.5 CoO_3 (LSCO) con el multiferroico BiFeO_3 (BFO), x La-0.5 Sr_0.5 CoO_3-(1- x) BiFeO_3. Otra estrategia fue la sustitución cationica de compuestos con propiedades multiferroicas con la idea de mejorar sus propiedades. Se sintetizaron y se estudiaron las propiedades eléctricas y magnéticas de dos familias de óxidos en estado masivo. Una de ellas es la familia RCrMnO_5 (R=Sm, Eu, Gd, Tb, Ho y Er). Se tomo como referencia la familia de compuestos multiferroicos RMn_2O_5 en los cuales el orden magnético y el ferroeléctrico están relacionados. La segunda familia de compuestos del tipo RFe_0.5 Co_0.5 O_3 se baso en las ortoferritas multiferroicas RFeO3 como referencia. Ademas, pensado en las posibles nanoestructuras que pueden conformar una estructura heterogénea se realizaron estudios eléctricos en nanoestructuras individuales como nanotubos ferromagnéticos, nanohilos metálicos y compuestos planares que podrían utilizarse como electrodos en diferentes dispositivos. Los compositos xLSCO-(1 - x) BFO (x = 0; 0.1; 0.2; 0.5; 0.8; 0.9; 1) fueron sintetizados a partir de polvos nanoestructurados de las fases que los conforman, los cuales fueron preparados previa e individualmente por la técnica de spray pirolisis. Los polvos fueron mezclados mecanicamente en las proporciones requeridas. Primeramente se estudio el LSCO nanoestructurado, el mismo presenta propiedades que dieren de las del material masivo. Su conductividad eléctrica aumenta con la temperatura a diferencia del material masivo el cual es metálico. La conductividad eléctrica del material sintetizado se puede describir con el modelo de Glazman y Matveev en el cual la conducción es a través de dos y tres estados localizados entre barreras aislantes. En principio, estas barreras están asociadas a la gran cantidad de bordes de granos en el material. Por su parte la magnetización de saturación se ve reducida producto de una capa magneticamente muerta en los bordes de los granos. En cuanto a los compositos, todos (salvo los extremos) presentaron una señal magnética adicional a la presente en las fases individuales. Se efectuaron mediciones de permitividad eléctrica, ciclos de polarizacion vs. campo eléctrico y mediciones de acople magnetoeléctrico. Estas ultimas mostraron que en el composito x=0.1 el acople es débil comparado con otros compositos reportados en la bibliografía. En el estudio de compuestos masivos de la familia RCrMnO_5, se estudiaron en profundidad las propiedades magnéticas. A pesar de que las mediciones con difracción de neutrones no mostraron orden magnético de largo alcance (R= Er, Ho, Tb), en las mediciones de magnetización a bajas temperaturas se observa una anomalía que podría estar asociada a un orden de corto alcance debido a la frustración magnética. En el caso de R=Sm esta anomalía es mas evidente indicando un orden antiferromagnético de largo alcance. Por su parte, las mediciones de magnetocapacitancia muestran un máximo cercano a dicha transición. Anomalías similares también fueron observadas en las mediciones de la componente de perdidas eléctricas. Este comportamiento puede estar mas bien asociado a un efecto magnetorresistivo que capacitivo. La resistividad electrica muestra un comportamiento tipo variable range hopping (p / T -1/4). Los resultados mas prometedores se encontraron en los compuestos de la familia RFe_0.5 Co_0.5 O_3. En medidas de magnetización se observa una transición ferromagnética débil (antiferro alabeado) y otra a temperaturas menores que muestra una transición asociada a un reordenamiento de espín. La conductividad electrica presenta un comportamiento tipo variable range hopping y se destacan resultados de corriente piroeléctrica que muestran una polarizacion remanente en TmFe_0.5 Co_0.5 O_3 y en YbFe_0.5Co_ 0.5O_3 por debajo de la temperatura de orden magnético. Por ultimo, pensado en la formación de futuras heteroestructuras, se presenta el estudio de las propiedades eléctricas en nanoestructuras de modo macroscópico y microscópico. Se presentan mediciones in-situ de una película de oxido de grafeno altamente reducido (HRGO). Se pudo medir la resistividad de un parche de HRGO presentando una baja resistividad que también fue medida macroscopicamente. Por otro lado se realizaron mediciones en nanohilos de plata individuales. Estos presentaron un aumento de la resistividad al disminuir el diámetro del mismo el cual se pudo describir con los resultados obtenidos del modelo de Mayadas