EVALUATION OF THE STRUCTURAL, MORPHOLOGICAL MAGNETIC PROPERTIES OF THE Bi1-XSmXFeO3 SYSTEM
Resumen
Este artículo reporta la síntesis del sistema Bi1-xSmxFeO3 (x = 0.00, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08 y 0.10) obtenido por el método de
reacción en estado sólido a 1073.15 K durante 15 h. La caracterización permitió evaluar el efecto de la inserción de Sm3+ sobre las propiedades estructurales, morfológicas y magnéticas de la ferrita de bismuto. La caracterización estructural se realizó mediante Difracción de Rayos X (XRD) y refinamiento de Rietveld, lo que indica la formación de una fase romboédrica
mayoritaria del grupo espacial R3c (161) con una proporción superior a la reportada hasta ahora. La caracterización morfológica mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) permitió concluir que la inserción de samario disminuye el tamaño de partícula de 7.5 μm a 2.5 μm, gracias al menor radio iónico, que también condujo a la contracción de los parámetros reticulares. El análisis magnético mostró un comportamiento ferromagnético típico en todas las muestras sintetizadas, con la presencia de una transición PM-AFM a 260 K.
Palabras clave
estado sólido, ferrita de bismuto, samario, dopaje
Biografía del autor/a
Iván Fernando Betancourt-Montañez
I. Betancourt M. Recibió su grado como físico en la universidad pedagógica y tecnología de Colombia el 2016. Actualmente estudia MSc. En Ciencias - física en la misma universidad. Donde también es miembro activo del Grupo de Física de Materiales - GFM. Fue docente en las áreas de física y matemáticas en distintas instituciones de educación básica y media. También laboró en Servicios Geológicos Integrados (SGI - SAS) como equipo de monitoreo y análisis como profesional NORM (Materiales Radioactivos de Ocurrencia Natural). Su interés en investigación en la ciencia de los Materiales y el componente NORM.
Christian Fabian Varela-Olivera
Christian F. Varela is a MSc. in Chemistry from Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia.
He is an active member of the Physics of Materials research group. He is a professor at the Faculty of Basic Sciences and Engineering of the Universidad de los Llanos.
Julian Andres Munevar-Cagigas
A. Munevar-Cagigas is a PhD. in Physics from Centro Brasileiro De Pesquisas Físicas, He is a professor at the Centro de Ciências Naturais e Humanas at Universidade Federal do ABC, Santo André, Brasil.
Santiago Sandoval-Gutiérrez
Profesor de física en la Universidad de los Llanos - Colombia, en la Facultad de Ciencias Básicas e Ingeniería. Actualmente soy el director del departamento de Matemáticas y Física. Mis estudios en física comenzaron el la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia en donde también culminé la maestría en Ciencias - Física.
Mi labor investigativa en sus inicios se desarrolló en el grupo Física de Materiales de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, donde desarrollé algunos trabajos en el estudio de materiales por primeros principios y DFT y mas adelante con procesos experimentales en caracterización magnética y superdconductora en materiales tipo perovskita. Actualmente trabajo tanto en el grupo Física de Materiales como en el grupo Sistemas Dinámicos de la Universidad de los Llanos en el campo experimental de materiales superconductores y con propiedades magnéticas.
César Armando Ortíz-Otálora
C.A. Ortíz-Otálora is a MSc. in Physics from Universidad Nacional de Colombia. He is a professor at the School of Physics at Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia. He is in charge of an X-ray diffractometer and is an active member of the Grupo de Superficies Electroquímica y Corrosión - GSEC.
Carlos Arturo Parra-Vargas
C.A. Parra-Vargas is a PhD. in Physical Sciences from Universidad Nacional de Colombia. He is a professor at the School of Physics of the Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja, Colombia, where he is also the coordinator of the research group Física de Materiales-GFM. He works on materials science.
Claudia Liliana Sánchez Sáenz
Claudia Liliana Sánchez-Sáenz is a PhD in educational Sciences. She is a Professor and researcher at Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. She is an active member of the Research group TelemaTICs at Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.
Referencias
- K. S. Nalwa & A. Garg, “Phase evolution, magnetic and electrical properties in Sm-doped bismuth ferrite”. Journal of Applied Physics, 2008, vol. 103(4), pp. 044101. https://doi.org/10.1063/1.2838483 DOI: https://doi.org/10.1063/1.2838483
- P. Uniyal, K. L. Yadav, “Pr doped bismuth ferrite ceramics with enhanced multiferroic properties”. Journal of Physics: Condensed Matter, 2009, vol. 21 (40), pp. 405901. https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/40/405901 DOI: https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/40/405901
- P. C. Sati, P. C. Sati, M. Arora, S. Chauhan, M. Kumar, S. Chhoker, “Structural, magnetic, vibrational and impedance properties of Pr and Ti codoped BiFeO3 multiferroic ceramics. Ceramics International, vol. 40(6), pp. 7805-7816, 2014. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.12.124 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.12.124
- J. M. Hu, L. Q. Chen, C. W. Nan, “Multiferroic heterostructures integrating ferroelectric and magnetic materials”. Advanced materials, vol. 28(1), pp, 15-39, 2016. https://doi.org/10.1002/adma.201502824 DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201502824
- B. H. Toby & R. B. Von Dreele, “GSAS-II: the genesis of a modern open-source all-purpose crystallography software package”. Journal of Applied Crystallography, 2013, vol. 46, no 2, pp. 544-549. https://doi.org/10.1107/S0021889813003531 DOI: https://doi.org/10.1107/S0021889813003531
- W. Kraus & G. Nolze, “POWDER CELL–a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns”. Journal of applied Crystallography, 1996, vol. 29, no 3, pp. 301-303. https://doi.org/10.1107/S0021889895014920 DOI: https://doi.org/10.1107/S0021889895014920
- K. Momma & F. Izumi, “VESTA 3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data”. Journal of applied crystallography, 2011, vol. 44, no 6, pp. 1272-1276. https://doi.org/10.1107/S0021889811038970 DOI: https://doi.org/10.1107/S0021889811038970
- A. M. Morales-Rivera, I. F. Betancourt-Montañez, S. A. Martínez-Ovalle, Ó. H. Pardo-Cuervo, J. A. Mejía-Gómez, S. Segura-Peña, C. A. Parra-Vargas, “Structural and magnetic properties of the Bi1-xLuxFeO3 (x= 0.00, 0.02 and 0.04) system”. Dyna, 2020, vol. 87, no 215, pp. 84-89. https://doi.org/10.15446/dyna.v87n215.83538 DOI: https://doi.org/10.15446/dyna.v87n215.83538
- J. Bielecki, P. Svedlindh, D. T. Tibebu, S. Cai, S. G. Eriksson, L. Börjesson, C. S. Knee, “Structural and magnetic properties of isovalently substituted multiferroic BiFeO3: insights from Raman spectroscopy”. Physical Review B, 2012, vol. 86, no 18, pp. 184422. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.184422 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.184422
- N. Zhang, J. Q. Ding, Y. P. Wang, X. N. Liu, Y. Q. Li, M. F. Liu, Z. M. Fu, Y. W. Yang, J. Su, G. L. Song, F. Yang, Y. Y. Guo and J-M Liu, “Enhanced high temperature ferromagnetism in Bi1−xRxFeO3 (R= Dy, Y) compounds”. Journal of Physics: Condensed Matter, 2021, vol. 33, no 13, pp. 135803. https://doi.org/10.1088/1361-648X/abdb10 DOI: https://doi.org/10.1088/1361-648X/abdb10
- J. G. Park, M. D. Le, J. Jeong and S. Lee, “Structure and spin dynamics of multiferroic BiFeO3”. Journal of Physics: Condensed Matter, 2014, vol. 26, no 43, pp. 433202. https://doi.org/10.1088/0953-8984/26/43/433202 DOI: https://doi.org/10.1088/0953-8984/26/43/433202
- R. Köferstein, “Synthesis, phase evolution and properties of phase-pure nanocrystalline BiFeO3 prepared by a starch-based combustion method”. Journal of alloys and compounds, 2014, vol. 590, pp. 324-330. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.12.120 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.12.120
- T. J. Park, G. C. Papaefthymiou, A. J. Viescas, A. R. Moodenbaugh and S. S. Wong, “Size-dependent magnetic properties of single-crystalline multiferroic BiFeO3 nanoparticles”. Nano letters, 2007, vol. 7, no 3, pp. 766-772. https://doi.org/10.1021/nl063039w DOI: https://doi.org/10.1021/nl063039w
- E. R. Ochoa-Burgos, C. A. Parra-Vargas, J. A. Mejía-Gómez & E. de Grave, “Study of the structural and magnetic properties of the system Bi1-xYxFeO3 x= 0 and 0.07 using Mössbauer spectroscopy”. Dyna, 2018, vol. 85, no 207, pp. 22-28. https://doi.org/10.15446/dyna.v85n207.68421 DOI: https://doi.org/10.15446/dyna.v85n207.68421
- D. V. Karpinsky, A. Pakalniškis, G. Niaura, D. V. Zhaludkevich, A. L. Zhaludkevich, S. I. Latushka, A. Kareiva, “Evolution of the crystal structure and magnetic properties of Sm-doped BiFeO3 ceramics across the phase boundary region”. Ceramics International, 2021, vol. 47, no 4, pp. 5399-5406. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.10.120 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.10.120
- C. A. Narváez, C. F. Vilaquirán-Raigoza, A. P. González-Nieva, “Modificación de las propiedades estructurales, eléctricas y magnéticas del BiFeO3 por la incorporación de Ba y Nb”. Química Nova, 2017, vol. 40, no.2, p. 182-191. http://dx.doi.org/10.21577/0100-4042.20160185 DOI: https://doi.org/10.21577/0100-4042.20160185
- D. Maurya, H. Thota, A. Garg, B. Pandey, P. Chand and H. C. Verma, “Magnetic studies of multiferroic Bi1−xSmxFeO3 ceramics synthesized by mechanical activation assisted processes”. Journal of Physics: Condensed Matter, 2008, vol. 21, no 2, pp. 026007. https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/2/026007 DOI: https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/2/026007
- M. A. Basith, A. Billah, M. A. Jalil, N. Yesmin, M. A. Sakib, E. K. Ashik, B. Ahmmad, “The 10% Gd and Ti co-doped BiFeO3: a promising multiferroic material”. Journal of Alloys and Compounds, 2017, vol. 694, pp. 792-799. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.10.018 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.10.018
- T. Durga Rao & S. Asthana, “Evidence of improved ferroelectric phase stabilization in Nd and Sc co-substituted BiFeO3”. Journal of Applied Physics, 2014, vol. 116, no 16, p. 164102. https://doi.org/10.1063/1.4898805 DOI: https://doi.org/10.1063/1.4898805
- L. M. Ramirez-Guzmán, A. F. Cruz-Pacheco, J. A. Gómez-Cuaspud & C. A. Parra-Vargas, “Structural and magnetic properties of gadolinium modified BiFeO3”. Materials Science Poland, 2020, vol. 38. https://doi.org/10.2478/msp-2020-0075 DOI: https://doi.org/10.2478/msp-2020-0075