60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

Um composto com características magnetoelétricas pode ser aplicado em áreas onde os materiais magneticamente e eletricamente ordenados são empregados, com amplas vantagens, gerando uma vasta gama de possibilidades para sua utilização em dispositivos eletro-eletrônicos . Como o composto BiFeO₃ apresenta uma magnetização espontânea fraca, dopá-lo com terras raras, com o intuito de aumentar sua magnetização espontânea, mesmo que isto signifique uma diminuição na polarização elétrica, já que essas duas estão ligadas diretamente com as posições atômicas ocupadas pelos átomos na cela unitária, pode elevar as potencialidades para aplicações práticas destes materiais. Neste intuito, a difratometria de raios X (DRX) e o método de refinamento estrutural Rietveld nos permitem analisar a estruturas cristalinas, as fases encontradas e as distorções estruturais provocadas pela adição de terras raras na estrutura cristalina do BiFeO₃.

METODOLOGIA:

O trabalho foi realizado no Departamento de Física da Universidade Estadual de Maringá. Foi utilizado um moinho de altas energias para processar os materiais, que após a moagem foram tratados termicamente por 1 hora a 700 ^oC. A DRX foi realizada utilizando um difratômetro de raios X Rigaku Rotaflex RU200B. Através de um banco de dados internacional, JCPDS, conseguimos identificar as fases contidas nas amostras. Após a identificação das fases utilizamos o programa Fullprof para realizar o refinamento estrutural Rietveld

RESULTADOS:

Analisando os resultados de DRX, e com o auxílio do banco de dados JCPDS, identificamos as fases cristalinas contidas nas amostras objetos de estudo deste trabalho. Para o BiFeO₃ puro, percebe-se que o material apresenta-se praticamente monofásico, com aproximadamente 3% da fase espúria gama-Bi2O₃. Para as amostras modificadas com terras raras obtivemos tanto porcentagens maiores de fases espúrias, ou mesmo materiais monofásicos, como no caso da amostra modificada com Eu. Analisando os R-fatores apresentados, podemos inferir a respeito da qualidade do refinamento realizado. De fato, o principal parâmetro a ser analisado, RWP, não pode ultrapassar 20% , ou seja, acima desta porcentagem quer dizer que não obtivemos uma boa convergência entre os valores experimentais e os valores calculados. Apesar da amostra modificada com Eu apresentar-se monofásica, não houve uma convergência adequada, já que Rwp situa-se em 25,5% para esta amostra. Por outro lado, para a amostra pura, conseguimos um refinamento adequado. Com os dados obtidos no refinamento da amostra pura, utilizamos o programa JSV e construímos uma simulação de parte da estrutura cristalina deste material. Observamos as diferentes distâncias entre os átomos de oxigênio e o átomo de ferro. Este arranjo estrutural é que confere características ferroelétricas ao composto, ou seja, faz com que o átomo de ferro não fique em uma posição centrossimétrica, conferindo à cela unitária do BiFeO₃ um momento de dipolo elétrico permanente. Além disso, podemos observar que os ângulos entre os oxigênios também são diferentes, o que confere ao material seu estado antiferromagnético. A substituição de íons Bi na estrutura do BiFeO3 por terras raras tanto pode alterar as distâncias interatômicas, quanto o ângulo entre os diferentes átomos de oxigênio. Contudo, os resultados de refinamento estrutural nas amostras modificadas com terras raras, por não apresentarem convergência, ainda não nos permitem fazer uma simulação da estrutura das mesmas, com uma conseqüente análise dos efeitos desta modificação na estrutura cristalina do BiFeO₃.

CONCLUSÕES:

Neste trabalho, obtivemos uma convergência satisfatória no refinamento Rietveld somente para o BiFeO₃ puro. Para os compostos dopados com terras raras encontramos tanto materiais com fases espúrias quanto materiais monofásicos, como no caso da amostra modificada com Eu. Propusemos um modelo estrutural para o BiFeO₃, no qual as distorções estruturais provenientes do ordenamento ferroelétrico deste material estão evidenciadas.

Trabalho de Iniciação Científica

Palavras-chave: caracterização estrutural, multiferróico magnetoelétrico

E-mail para contato: diegoseiti@hotmail.com