Estudio y producción de polvos de óxidos semiconductores magnéticos diluidos y desarrollo de un magnetómetro basado en el efecto Kerr

La búsqueda de semiconductores magnéticos con temperaturas de Curie por encima de temperatura ambiente obtuvo un nuevo impulso en la frontera de los milenios cuando a partir de cálculos teóricos se predijo que tales materiales pueden ser obtenidos usando óxidos semiconductores dopándolos con metales de transición dando origen a nuevo tipo de materiales llamados óxidos semiconductores magnéticos diluidos (O-SMD). La respuesta de la comunidad de física experimental no tardó en llegar y comenzó la búsqueda de métodos de preparación para la obtención de estos materiales. Hoy en día la variedad de métodos de preparación de O-SMD es amplia y abarca la obtención de materiales en todas sus formas como por ejemplo películas delgadas y polvo. Los objetivos de la primera parte de este trabajo fueron explorar nuevas rutas de preparación de los óxidos semiconductores TiO2 y SnO2 dopados con Fe y contribuir a la comprensión de los mecanismos físicos responsables del comportamiento magnético observado. Para ello se efectuó un estudio estructural, magnético e hiperfino de los mismos. La investigación experimental de los arreglos atómicos locales en los O-SMD obtenidos por reacción en estado sólido (molienda mecánica) se efectuó analizando diferentes muestras en distintos estados de aleación (evolución temporal con la molienda mecánica) y estudiando las características de los sistemas obtenidos a partir de diferentes precursores y con distintas concentraciones para el dopante. También se emplearon diferentes atmósferas de preparación y en los tratamientos térmicos posteriores. Además, se investigó el sistema Sn(Fe)O2 preparado por síntesis química. El estudio de la evolución de los sistemas explorados aquí se efectuó mediante espectroscopía de efecto Mössbauer sobre 57Fe y medidas magnéticas (magnetización en función del campo magnético aplicado, magnetización en función de temperatura y medidas de susceptibilidad-ac). Se complementó la información obtenida mediante técnicas estructurales tales como difracción de rayos X (DRX) y espectroscopía de absorción de rayos X (XAS: X-rays abpsortion spectroscopy). En este trabajo se muestra que ha sido posible incorporar Fe en la estructura de los semiconductores (con la estructura de rutilo) por los métodos utilizados. La evolución temporal de Sn0.9Fe0.1O2 presentó principalmente dos etapas bien diferenciadas. En la primera etapa la mezcla de los precursores muestra que los átomos de hierro no llegan a incorporarse totalmente al semiconductor quedándose parcialmente en la fase de hematita y formándose la fase de hierro bcc para tiempos de molienda inferiores a 2 horas. En la segunda etapa para tiempos de trabajo mecánico más prolongados (a partir de 5 horas) los átomos de hierro se incorporan a la estructura de rutilo no observándose por la técnica de DRX otras fases. La espectroscopía Mössbauer 57Fe a temperatura ambiente (TA) de esta serie de moliendas revela la ausencia de un orden magnético en los átomos de hierro que se encuentran en la estructura del SnO2. Un ordenamiento magnético parcial se observó a temperaturas inferiores a temperatura ambiente. Se realizaron tratamientos térmicos (TT) a la muestra molida durante 2 h en presencia y ausencia de oxígeno para estudiar el rol de vacancias de oxígenos en el comportamiento magnético del material. El TT en ambos casos reveló la segregación de precursores con formación de una fase ternaria tipo espinela que es responsable mayoritariamente del ferromagnetismo observado. Para las muestras preparadas por la síntesis química por vía húmeda se logró incorporar hasta un 20 % at. de Fe nominal en SnO2. Todas las técnicas aplicadas al análisis de estas muestras muestran que las mismas presentan comportamiento paramagnético a TA y solamente a muy bajas temperaturas se ordenan parcialmente antiferromagnéticamente. El dopaje de SnO2 con hierro en fase wurtzita (FeO) en atmosfera de argón se estudió tanto en función de la concentración del dopante (para tiempos de molienda de 10 hs) como en función del tiempo de trabajo mecánico (para 10 % at. de Fe). Para tiempos cortos de molienda (hasta 2.5 h) en los espectros Mössbauer a TA se observa la fase bcc Fe(Sn) mientras que la mayoría de los restantes átomos de hierro se encuentran en estado paramagnético. Para tiempos superiores se observa una interacción magnética muy distribuida (10 % del área espectral) que se atribuye a hierros incorporados a la estructura de rutilo y que presentan un ordenamiento antiferromagnético mientras los demás iones permanecen en estado paramagnético. El sistema TiO2 fue dopado con hierro en la fase hematita y molido en atmósfera de aire en función de la concentración del dopante (durante 12 horas). Los átomos de hierro en la estructura del semiconductor son paramagnéticos a TA ordenándose parcialmente a bajas temperaturas tanto ferro- como antiferromagnéticamente. Utilizando como precursores O-SMD sintetizados por aleado mecánico o síntesis química, en los cuales se haya logrado la total incorporación de los átomos de Fe a la estructura del óxido, sería interesante producir películas delgadas a fin de comparar las propiedades magnéticas de las mismas con las obtenidas en los precursores en forma de polvo. Como uno de los pasos previos y a fin de tener un método de caracterización magnética eficaz y rápido que nos permita independizarnos de la señal proveniente del sustrato se realizó, dentro del trabajo de la Tesis, la construcción de un magnetómetro basado en el Efecto Kerr (MEK) magneto-óptico. Este magnetómetro es una poderosa herramienta para el estudio de películas magnéticas delgadas, indispensable en muchos laboratorios modernos de magnetismo. La segunda parte de la Tesis se dedica a la construcción y puesta a punto de un MEK en su diseño básico. Su adecuada funcionalidad se probó comparando ciclos de histéresis obtenidos con el MEK con otros obtenidos mediante el uso de equipos convencionales (por ejemplo SQUID: Superconductor Quantum Interference Device o VSM: Vibrant Sample Magnetometer).Facultad de Ciencias Exacta

High pressure in-situ X-ray diffraction study on Zn-doped magnetite nanoparticles

We have performed high pressure synchrotron X-ray powder diffraction experiments on two different samples of Zn-doped magnetite nanoparticles (formula Fe(3-x)ZnxO4; x = 0.2, 0.5). The structural behavior of then a noparticles was studied up to 13.5 GPa for x = 0.2, and up to 17.4 GPa for x = 0.5. We have found that both systems remain in the cubic spinel structure as expected for this range of applied pressures. The analysis of the unit cell volume vs. pressure results in bulk modulus values lower than in both end-members, magnetite (Fe3O4) and zinc ferrite (ZnFe2O4), suggesting that chemical disorder may favor compressibility, which is expected to improve the increase of the Neel temperature under compression.Fil: Ferrari, Sergio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Bilovol, Vitaliy. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Pampillo, Laura Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Grinblat, Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Errandonea, D.. Universidad de Valencia; Españ

Study of the relation between oxygen vacancies and ferromagnetism in Fe-doped TiO2 nano-powders

In this work, we present an experimental and theoretical study of structural and magnetic properties of Fe doped rutile TiO2 nanopowders. We show that Fe-doping induces the formation of oxygen vacancies in the first-sphere coordination of iron ions, which are in +2 and +3 oxidation states. We found that Fe ions form dimers that share one oxygen vacancy in the case of Fe3+ and two oxygen vacancies in the case of Fe2+. The saturation magnetization is almost independent of iron concentration and slightly increases with the relative fraction of Fe2+. Ab initio calculations show that two Fe ions sharing an oxygen vacancy are coupled ferromagnetically, forming a bound magnetic polaron (BMP), but two neighbor BMPs are aligned antiparallel to each other. Extra electron doping plays a fundamental role mediating the magnetic coupling between the ferromagnetic entities: carriers, possibly concentrated at grain boundaries, mediate between the BMP to produce ferromagnetic alignment.Fil: Mudarra Navarro, Azucena Marisol. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: RodrÍguez Torres, Claudia Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Bilovol, Vitaliy. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio de Sólidos Amorfos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Cabrera, Alejandra Fabiana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Errico, Leonardo Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina. Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Weissmann, Mariana Dorotea. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Structural and Mössbauer study of (Sb0.70Te0.30)100-x Snx alloys with x = 0, 2.5, 5.0 and 7.5

(Sb 0.70 Te 0.30 ) 100-x Sn x alloys (with x = 0, 2.5, 5.0 and 7.5 at. %)have been synthesized and characterized in order to determine the crystalline structure and properties of materials obtained upon solidification and to extract information about the location of the Sn atom in the Sb-Te matrix. Powder X-ray diffraction (XRD)has been used to determine the crystalline structure, whereas Mössbauer spectroscopy has been utilized to determine the localization and the local structure of the Sn atom in the Sb-Te matrix through the hyperfine interactions of the 119 Sn probe with its environment. We found that Sb 70 Te 30 crystallizes in a trigonal structure belonging to P-3m1 space group, while the doping with Sn leads to structural distortions of the unit cell that can be described, for all the Sn concentrations, with the C2/m space group. The hyperfine parameters indicate that tin behaves as Sn(II)and has a slightly distorted environment. Finally, in order to extract all the information that the experimental results contain and to determine the preferential site occupied by the Sn impurities in the Sb-Te matrix, we have performed ab-initio calculations within the framework of the Density Functional Theory. The theoretical results enable us to determine the structural and electronic ground state of (Sb 0.70 Te 0.30 ) 100-x Sn x compounds and to confirm that Sn atoms substitute Sb atoms in the Sb-Te host.Fil: Rocca, Javier Alejandro. Universidad de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Bilovol, Vitaliy. Universidad de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Errandonea, Alfredo Mario. Universidad de Valencia; EspañaFil: Gil Rebaza, Arles Víctor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Mudarra Navarro, Azucena Marisol. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Medina Chanduvi, Hugo Harold. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Errico, Leonardo Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Arcondo, B.. Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Fontana, Marcelo. Universidad de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Rodríguez Cuellar, O.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentina. Universidad de Buenos Aires; ArgentinaFil: Ureña, María Andrea. Universidad de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentin

Exploring the applicability of amorphous films of system In-Sb-Te as phase change materials

Hereby, we present In-Sb-Te amorphous films grown by pulsed laser deposition technique using, as targets, crystalline ingots (with corresponding stoichiometry) prepared by traditional melt-quenching method. The explored nominal compositions were In50Sb15Te35, about a ternary compound formed in the quasi-binary InTe-SbTe system, metastable at room temperature, and two eutectics In8Sb8Te84 and In10Sb51Te39. Measurements of electrical sheet resistance evidenced that the amorphous films behave as electrical insulators at room temperature and present a giant jump in resistivity towards a conducting state on crystallization. Differential scanning calorimetry technique complemented the structural information obtained by X-ray diffraction and revealed temperatures of crystallization of the amorphous films as well as their melting points. Due to their temperature characteristics (crystallization temperature ≈ 225 °C and melting temperature ≈ 540 °C), In10Sb51Te39 film results very attractive from technological point of view. These characteristics could make this eutectic composition a good candidate for using in phase-change memory devices.Fil: Bilovol, Vitaliy. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingenieria. Departamento de Fisica. Laboratorio de Sólidos Amorfos; ArgentinaFil: Arcondo, Bibiana Graciela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingenieria. Departamento de Fisica. Laboratorio de Sólidos Amorfos; Argentin

Phase transformation of strontium hexagonal ferrite

The phase transformation of strontium hexagonal ferrite (SrFe12O19) to magnetite (Fe3O4) as main phase and strontium carbonate (SrCO3) as secondary phase is reported here. SrFe12O19 powder was obtained by a heat treatment at 250 °C under controlled oxygen flow. It was observed that the phase transformation occurred when the SrFe12O19 ferrite was heated up to 625 °C in confinement conditions. This transformation took place by a combination of three factors: the presence of stresses in the crystal lattice of SrFe12O19 due to a low synthesis temperature, the reduction of Fe3þ to Fe2þ during the heating up to 625 °C, and the similarity of the coordination spheres of the iron atoms present in the S-block of SrFe12O19 and Fe3O4. X-ray diffraction analysis confirmed the existence of strain and crystal deformation in SrFe12O19 and the absence of them in the material after the phase transformation. Dispersive X-ray absorption spectroscopy and Fe57 Mössbauer spectroscopy provided evidences of the reduction of Fe3þ to Fe2þ in the SrFe12O19 crystal.Fil: Bilovol, Vitaliy. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Martinez Garcia, Ricardo. Universidad Nacional de Formosa. Facultad de Recursos Naturales. Carrera Ingenieria Civil; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Заселенность 4d-состояний в Mo, Nb на основании анализа тонкой структуры рентгеновских спектров поглощения сплавов Nd-Fe-B-T (T: Mo, Nb) вблизи границы l3,2

Samples of NdyFe(86–-y–x)B14Tx (T: Mo, Nb; x = 2, 4; y = 7, 8) alloys were studied by X-ray absorption spectroscopy. The NEXAFS spectra of NdFeB ribbons produced by the melt spinning technique (as quenched, AQ) and subsequently annealed (TT) were taken at Mo and Nb L3,2-edge. We calculated the variations in occupancy of the 4d-states (in both additives), finding an opposite trend in their filling. The most significant changes were observed in the T2Nd7 system, for which the electron occupancy in the 4d levels was modified to an excess of 1 electron/atom (after thermal treatment). The correlation between these results and magnetic features of the alloys are evidenced.Сплавы NdyFe(86-y-x)B14Tx (T: Mo, Nb; x = 2, 4; y =7, 8) изучены методом рентгеновской абсорбционной спектроскопии. Образцы имели форму полосок, полученных методом вытягивания из расплава (в состоя- нии после закалки), а затем отожженных. Тонкая структура рентгеновских спектров поглощения спла- вов NdFeB исследована вблизи границы L3,2 Мо и Nb. Рассчитаны изменения заселенности 4d-состояний (в обеих примесях) и обнаружены противоположные тенденции в их заполнении. Наиболее существенные изменения наблюдались в системе T2Nd7, где заселенность 4d-уровня изменялась более чем на 1 элект- рон/атом (после термообработки). Корреляция между этими результатами и магнитными характерис- тиками исследованных сплавов очевиднаFil: Bilovol, Vitaliy. Universidad de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Saccone, Fabio Daniel. Universidad de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Current-voltage curves of eutectic In-Sb-Te thin films for phase change memory devices

Purpose: The purpose of this paper is to investigate electrical properties of eutectic In8Sb8Te84 and In10Sb51Te39 as made thin films to evaluate their potential for non-volatile phase-change memories, once the thermal measurements are very optimistic. Design/methodology/approach: The films were deposited by pulse laser deposition technique. By using a very simple home-made cell, transversal current-voltage curves films were measured involving both voltage controlled-pulses generator and current controlled-pulses generator, employing different pulse shapes: triangular and sine shaped. Findings: The memory effect, characteristic of a typical phase-change memory material, was observed in both materials under research. For higher tellurium content in the film, lower is the value of threshold voltage. Research limitations/implications: Further studies on endurance, scaling and SET/RESET operations are needed. Practical implications: The values of the key parameters, threshold voltage and hold voltage are comparable with those of Ge2Sb2Te5, GeTe and Sb2Te being considered to date as the main compounds for PCM devices. Originality/value: The conduction mechanism in the amorphous regime is agreed with Poole–Frenkel effect in deep traps.Fil: Bilovol, Vitaliy. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Barbon, Claudio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Arcondo, Bibiana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentin