Structural and Magnetic Evaluation of the CaTi1- xMxO3 (M = Dy, Ho, Gd) (x = 0.5) System

Evaluación estructural y magnética del sistema CaTi1-xMxO3 (M = Dy, Ho, Gd) (x = 0,5)

En este trabajo estudian y evalúan las propiedades estructurales y magnéticas del sistema CaTi_1-xM_xO₃donde M = Dy, Ho y Gd, utilizando un nivel de sustitución de x = 0,5, con el fin de mejorar la respuesta magnética de los materiales sintetizados por el método de reacción en estado sólido. Para cada sistema se utilizaron cantidades estequiométricas de TiO₂, Ho₂O₃, Dy₂O₃, Gd₂O₃ y CaCO₃, las cuales se trataron a 973.15 K durante 2 horas, para asegurar la homogeneidad de las composiciones. La caracterización estructural se inició mediante un proceso de modelado proporcionado por el software SPuDS, que permitió evaluar los valores críticos de tolerancia de las estructuras bajo condiciones de temperatura. El análisis de difracción de rayos X y refinamiento de Rietveld utilizando el software GSAS y EXPGUI reveló que todas las muestras exhiben una configuración ortorrómbica con grupo espacial Pnma (62).La caracterización magnética evalúa el comportamiento magnético de los sistemas de acuerdo con las curvas de magnetización, en función de la temperatura y en función del campo magnético externo que se aplica a cada uno de los sistemas propuestos. De esto resulta un comportamiento paramagnético. Estos resultados demuestran que es necesario complementar esta información, para proporcionar herramientas más efectivas en la síntesis de estos materiales, al determinar el efecto de las propiedades de transporte masivo, que podrían afectar la distribución del catión B y así aclarar la estructura óptima (con posibles vacantes de oxígeno), lo que conduciría a la formación de complejos defectos extendidos en los sólidos.

Introducción 

El CaTiO₃ es una perovskita con estructura cúbica básica presente en una gran variedad de materiales, donde A es un elemento del grupo de los metales representativos (IIA) y B es un metal de transición (IVB). Las propiedades de este sistema se rigen por los elementos A y B, que pueden ser modificados mediante los métodos de síntesis a través de la sustitución, el dopaje o la modificación. Especial atención merecen las sustituciones realizadas con elementos de la serie de las tierras raras, consiguiendo propiedades fisicoquímicas prometedoras debido a la estabilidad química relacionada con estos átomos, creando una serie de distorsiones en la red que se reflejan en las propiedades magnéticas y niveles de conducción electrónica. Por otro lado, aunque el método de reacción en estado sólido ha sido adecuado para obtener este tipo de sistemas, partiendo de los correspondientes óxidos de alta pureza con excelentes resultados a nivel composicional y estructural, algunos inconvenientes son importantes debido a las impurezas generadas por la baja cinética de reacción relacionada con el estado sólido a altas temperaturas. Por ello, con el fin de reducir estos efectos adversos, algunos autores evalúan la posibilidad de aumentar la respuesta magnética de estos óxidos mediante la incorporación de Dy, Ho, y Gd que hacen que estos sistemas sean efectivos en diversas aplicaciones tecnológicas, como dispositivos magnéticos y optoelectrónicos, descritas y propuestas en la literatura.