Estudo do efeito da substituição do íon Al3+ sobre os mecanismos de polarização e condução na hexaferrita de bário-lantânio tipo-M - Catique, Luã da Costa (2024)
O estudo das propriedades elétricas e os mecanismos de polarização e condução são importantes nos materiais ferrimagnéticos e dielétricos porque a potencialidade de seu uso em diversas aplicações como: spintrônica, materiais multiferróicos e absorção de radiações eletromagnéticas também dependem destas propriedades elétricas. Esta pesquisa teve como objetivo estudar o efeito da substituição do íon \ce{Al^{3+}} sobre os mecanismos de polarização e condução na hexaferrita de bário-lantânio tipo-M usando diferentes modelos fenomenológicos e teóricos. As cerâmicas, com fórmula química \ce{Ba_{0,9}La_{0,1}Fe_{12-x}Al_{x}O_{19}} e composição do cátion \ce{Al^{3+}} desde x = 0,0 até 1,3, foram preparadas pelo método cerâmico convencional. A análise estrutural e morfológica foi realizada para todas as cerâmicas sob estudo através da difração de raios-X, o método de refinamento de Rietveld, a espectroscopia Raman e a microscopia eletrônica de varredura. As medições dos laços de histerese e permissividade complexa foram feitas usando a magnetometria da amostra vibrante e a espectroscopia dielétrica. Os principais resultados revelaram a coexistência de duas fases de hexaferritas com os grupos espaciais não centrossimétricos $P6_{3}mc$ e centrossimétricos $P6_{3}/mmc$. Os grãos apresentaram uma morfologia hexagonal para as duas fases com tamanho de grãos máximo de 5 $μ$m. As propriedades magnéticas; \ce{M_{s}}, \ce{M_{r}}, \ce{K_{eff}}, \ce{H_{a}}, \ce{μ_{B}} e $χ$ magnética diminuem e o campo coercitivo aumenta \ce{H_{c}} com o incremento do conteúdo do cátion \ce{Al^{3+}}. As propriedades elétricas têm variações com o conteúdo do íon \ce{Al^{3+}}. Valores dos parâmetros de relaxação, $α$ e $β$, obtidos através do processo de relaxação e função dielétrica de Havriak-Negami, mostraram relaxação do tipo não Debye e distribuição do tempo de relaxação com alta assimetria. Os valores de energia de ativação determinados usando a relação de Arrhenius sobre o tempo de relaxação nos formalismos da permissividade, módulo elétrico e condutividade-ac indicaram processos de polarização e condução nos diferentes intervalos de temperaturas analisados. Um mecanismo de polarização dipolar local e dos mecanismos de condução; hopping de elétrons de barreiras correlacionadas e tunelamento de polarons pequenos não sobreposto foram identificados no intervalo de temperatura de 10 a 100 K. Um mecanismo de polarização interfacial e dos mecanismos de condução; tunelamento mecânico quântico e tunelamento de polarons grandes sobrepostos foram identificados no intervalo de temperatura de 110 a 300 K. A energia de ativação varia com a temperatura e está relacionada aos mecanismos de polarização e condução identificados em cada intervalo de temperatura.