Propriedades estruturais e magnéticas da ludwigita Co5Sn(O2BO3)2

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Contreras Medrano, Cynthia Paola
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Ferromagnetismo; Antiferromagnetismo; Borato; Ludwigita; Produção intelectual
• Link de acesso: https://app.uff.br/riuff/handle/1/11785

Os oxiboratos exibem uma grande variedade de propriedades magnéticas e de transporte como resultado de fortes efeitos de correlação e baixa dimensionalidade. Nesta tese apresentamos um estudo detalhado das propriedades estruturais e magnéticas da ludwigita Co5Sn(O2BO3)2. Conseguimos sintetizar monocristais de Co5Sn(O2BO3)2 de alta qualidade com o objetivo de obter informações relevantes sobre suas propriedades físicas. Este estudo foi realizado através de medidas magnéticas, termodinâmicas, de difração de raios-X e de espectroscopia Mössbauer do 119Sn numa ampla faixa de temperatura. A estrutura do Co5Sn(O2BO3)2 é composta por duas subunidades na forma de escadas de 3 pernas. Um subsistema é constituído por íons de Co nos sítios 3-1-3 e o outro constituído por íons de Co nos sítios 4-2-4. Os dados cristalográficos e aqueles obtidos por espectroscopia Mössbauer mostraram que os átomos de Sn ocupam o sítio cristalográfico mais simétrico (sítio 4) e exibem um estado de oxidação 4+. Cálculos do número de oxidação, usando o método de soma de ligações de valência, permitiram-nos atribuir a valência 2+ para todos os íons de Co. Assim, a fórmula química de nossa amostra, obtida a partir de experimentos de raios-X e espectroscopia Mössbauer, é Co2+ 5 Sn 4+ 1 (O2BO3)2. Estes resultados tornam o Co5Sn(O2BO3)2 único entre as ludwigitas estudadas até hoje. Esta é a única ludwigita dopada num único sítio (sítio 4) com todos os íons de Co possuindo o mesmo estado de oxidação (2+). Medidas de raios-X em monocristais de Co5Sn(O2BO3)2 não mostraram nenhuma transição estrutural até 110 K. Este composto mostra um ordenamento magnético de longo alcance a baixas temperaturas. As medidas de espectroscopia Mössbauer, susceptibilidade ac e calor específico em função da temperatura mostraram claramente o início de um ordenamento magnético em TN=81,5 K. Embora uma temperatura de Curie-Weiss negativa, (TETA)cw = -32,5 K, indique a presença de interações antiferromagnéticas no composto, as curvas de histerese abaixo de TN mostram uma magnetização remanescente apontando para uma ordem ferro-, ferri-magnética ou de ferromagnetismo fraco. Os resultados dos experimentos de espectroscopia Mössbauer do 119Sn evidenciam um acoplamento ferromagnético entre os íons de Co nos sítios 2 ao longo do eixo c, com os momentos magnéticos apontando na direção da componente principal do gradiente de campo elétrico do octaedro. A partir dos dados de espectroscopia Mössbauer e magnetização, uma estrutura tipo ferromagnética é proposta para o estado magnético fundamental do composto. Este modelo é consistente com um cálculo simplificado de interações de supertroca realizado para o Co3O2BO3 que resulta numa orientação tipo ferromagnética dos momentos magnéticos do Co no plano a-b. O coeficiente (gama) (da contribuição linear à baixas temperaturas nas medidas de calor específico) do Co3O2BO3 pode ser atribuído aos efeitos de frustração causados por uma competição entre interações de supertroca e dupla troca que ocorrem nas subunidades de baixa dimensão. O coeficiente (gama) observado para o Co5Sn(O2BO3)2 é uma ordem de magnitude menor que o do Co3O2BO3. Este resultado indica que a diluição diamagnética do Co3O2BO3 pelo íon não magnético do Sn reduz os efeitos de frustração. As interações de duplatroca parecem não existir no Co5Sn(O2BO3)2 em concordância com a ausência de íons com diferentes valências e com o baixo valor de (gama). Estes resultados indicam que as interações de supertroca tornam-se o principal mecanismo responsável pelas propriedades magnéticas do Co5Sn(O2BO3)2. Assim, o Co5Sn(O2BO3)2 aparece como um composto ideal para estudar a relação entre os diferentes tipos de interações de troca e os efeitos de frustração