Evaluation of the structural, morphological and magnetic properties of the Bi1-xSmxFeO3 system

Evaluación de las propiedades estructurales, morfológicas y magnéticas del sistema Bi1-xSmxFeO3

Este artículo presenta la síntesis del sistema Bi_1-xSm_xFeO₃ (x = 0.00, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08 y 0.10) obtenido mediante el método de reacción en estado sólido a 1073.15 K durante 15 horas. La caracterización detallada permitió analizar el efecto de la inserción de Sm³⁺ en las propiedades estructurales, morfológicas y magnéticas de la ferrita de bismuto. La caracterización estructural a través de Difracción de Rayos X (XRD) y refinamiento de Rietveld reveló la formación mayoritaria de una fase romboédrica en el grupo espacial R3c (161), con una proporción superior a la reportada hasta el momento. La caracterización morfológica mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) indicó que la inserción de samario reduce el tamaño de las partículas de 7.5 μm a 2.5 μm debido al menor radio iónico, lo que también conduce a la contracción de los parámetros reticulares. El análisis magnético demostró un comportamiento ferromagnético típico en todas las muestras sintetizadas, con la presencia de una transición de ferromagnetismo a antiferromagnetismo a 260 K.

1. INTRODUCCIÓN

La ferrita de bismuto (BiFeO₃) es un material multiferroico que presenta propiedades multiferroicas dependientes de su polarización eléctrica, magnetización y elasticidad.  Entre sus propiedades se encuentran la ferroelectricidad, el ferromagnetismo y la ferroelasticidad a temperatura ambiente y a altas temperaturas de Curie y Neel (T_C ~ 1103K, T_N ~ 643K) [1]. Los materiales del tipo BiFeO₃ son perovskitas distorsionadas con un grupo espacial romboédrico R3c (167) [2]. Además, son antiferromagnéticos a temperatura ambiente y están dispuestos con una configuración de espín de tipo G a lo largo de la dirección (1 1 1) o (0 0 1) en la estructura romboédrica.

A pesar de sus relevantes propiedades, los materiales del tipo BiFeO₃ presentan fases cristalinas secundarias debido al desequilibrio Bi/Fe o a la pérdida de Bi [3]. El dopaje con elementos de tierras raras del grupo de los lantánidos en BiFeO₃ conduce a distorsiones estructurales, que pueden mejorar las propiedades ferromagnéticas o ferroeléctricas.  Esto permite aplicaciones tecnológicas como: sensores magnéticos, conversión de energía, dispositivos utilizados en espintrónica, memorias magnetoeléctricas de acceso aleatorio (MERAM) y otros tipos de sensores [4].

En este trabajo, el sistema Bi_1-xSm_xFeO₃ (0.00, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08 y 0.10) fue producido por el método de reacción en estado sólido y luego caracterizado, con el fin de estudiar el efecto del dopaje con samario sobre las propiedades morfológicas, estructurales y magnéticas.