Tunable ferrimagnetic-antiferromagnetic response by the inclusion of Fe in the gadolinium-based manganite GdMnO3

Resumen

En este trabajo es reportado el proceso de síntesis, la estructura cristalina y el comportamiento magnético del gadolinio manganita con sustituciones de Fe en las posiciones Mn del material GdMn1-xFexO3 (x = 0, 0.1, 0.2). Las muestras fueron sintetizadas por medio del método convencional de reacción en estado sólido. La caracterización estructural de los compuestos finales se analizó mediante refinamiento de Rietveld, el cual reveló su cristalización en una simetría ortorrómbica perteneciente al grupo espacial Pbnm (No. 62). Los resultados revelan que los parámetros de red a y c y el volumen de la celda aumentan, mientras que el parámetro de la red b y el volumen de la celda disminuyen con la sustitución de Fe. El efecto principal en la estructura está relacionado con las posiciones de oxígeno, es decir, con las distorsiones y rotaciones octaédricas. Las mediciones de susceptibilidad DC, en el régimen de temperatura entre 4 K y 300 K bajo la aplicación de un campo externo de 200 Oe, muestran una característica paramagnética a altas temperaturas para todos los valores estudiados de concentración x, con transiciones magnéticas asociadas a un estado magnético ordenado a bajas temperaturas (21,8 K <T <25,2 K). Entretanto, se observa la ocurrencia de una transición ferrimagnética para x = 0.1 cerca de T=30.7 K. Para explicar la aparición de ferrimagnetismo en esta configuración, se sugiere un modelo en el cual se propone la generación de un desequilibrio en la estructura magnética de GdMnO3 (antiferromagnético tipo A) debido a la introducción de un ion Fe3+ en cada par de celdas unitarias consecutivas. El momento magnético efectivo obtenido concuerda con el valor reportado para el material con x = 0.0, confirmando el comportamiento ferrimagnético para esta concentración de Fe3+ en la estructura.

Palabras clave: estructura cristalina, carácter magnético, perovskita basada en tierra rara, transición ferri-antiferromagnética

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Citas

[1] K.A. Müller, T.W. Kool, Properties of Perovskites and other oxides. Singapore: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2010.

[2] C.E. Deluque, A.V. Gil, J.I. Villa, D.A. Landínez Téllez, J. Roa-Rojas, “Half-metallic electronic feature and thermophysical properties of the Ba2CoMoO6 perovskite-like cobalt molybdate,” Revista UIS Ingenierías, vol. 19, no. 1, pp. 213-224, 2020, doi: 10.18273/revuin.v18n4-2020020

[3] F. Dogan, H. Lin, M. Guilloux, O. Peña, “Focus on properties and applications of perovskites,” Sci. Technol. Adv. Mater. vol. 16, no. 2, pp. 020301, 2015, doi: 10.1088 / 1468-6996 / 16/2/020301

[4] A. Urushibara, Y. Moritomo, T. Arima, A. Asamitsu, G. Kido, Y. Tokura, “Insulator-metal transition and giant magnetoresistance in La1−xSrxMnO3,” Phys. Rev. B, vol. 51, no. 20, pp. 14103-14109, 1995, doi: 10.1103/PhysRevB.51.14103.

[5] N.A. Spaldin, Magnetic Materials Fundamentals and Applications. New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2011.

[6] R.D. Johnson, D.D. Khalyavin, P. Manuel, L. Zhang, K. Yamaura, A.A. Belik, “Magnetic structures of the rare-earth quadruple perovskite manganites RMn7O12,” Phys. Rev. B, vol. 98, no. 10, pp. 104423-1 - 104423-10, 2018, doi: 10.1103/PhysRevB.98.104423

[7] H. Liu, X. Yang, “A brief review on perovskite multiferroics,” Ferroelectrics, vol. 507, no. 1, pp. 69-85, 2017, doi: 0.1080/00150193.2017.1283171

[8] S. Dong, R. Yu, S. Yunoki, J.M. Liu, E. Dagotto, “Double-exchange model study of multiferroic RMnO3 perovskites,” Eur. Phys. J. B, vol. 71, no. 3, pp. 339-344, 2009, doi: 10.1140/epjb/e2009-00225-1

[9] J. Dho, W.S. Kim, E.O. Chi, N.H. Hur, S.H. Park, H.C. Ri, “Colossal magnetoresistance in perovskite manganite induced by localized moment of rare earth ion,” Sol. Stat. Commun., vol. 125, no. 3-4, pp. 143-147, 2003, doi: 10.1016/S0038-1098(02)00775-5

[10] P.P. Rout, S.K. Pradhan, S.K. Das, B.K. Roul, “Room temperature ferroelectricity in multiferroic HoMnO3 ceramics,” Physica B, vol. 407, no. 12, pp. 2072-2077, 2012, doi: 10.1016/j.physb.2012.02.007

[11] S. Dong, R. Yu, S. Yunoki, J.M. Liu, E. Dagotto, “Double-exchange model study of multiferroic RMnO3 perovskites,” Eur. Phys. J. B, vol. 71, no. 3, pp. 339, 2009, doi: 10.1140/epjb/e2009-00225-1

[12] D.I. Khomskii, “Coupled Electricity and magnetism in Solids,” Multiferroic Materials: Properties, Techniques and Applications, Ed. by J. Wang, CRC. New York, NY, USA: Press Taylor & Francis, 2017, pp. 54-65.

[13] J.A. Cardona, D. A. Landínez Téllez, J. Roa-Rojas, “Physical properties of the new multiferroic perovskite-like material HoMn1-xFexO3,” Physica B, vol. 455, no. 24, pp. 39-43, 2014, doi: 10.1016/j.physb.2014.07.041

[14] J.A Cardona, D. A. Landínez Téllez, C. A. Collazos, J. Roa-Rojas, “Structural and magnetic characterization of the new GdMn1-xFex O3 perovskite material,” J. Phys.: Confer. Ser., vol. 687, no. 1, pp. 012087-1 – 012087-4, 2015, doi: 10.1088/1742-6596/687/1/012087

[15] A. Pal, P. Murugavel, “Investigations on the effect of magnetic ordering on dielectric relaxation in polycrystalline GdMn1-xFexO3,” Physica B, vol. 555, no. 3, pp. 99-105, 2019, doi: 10.1016/j.physb.2018.11.057

[16] C.A. Triana, D. A. Landínez Téllez, J. Roa-Rojas, “General study on the crystal, electronic and band structures, the morphological characterization, and the magnetic properties of the Sr2DyRuO6 complex perovskite,” Mater. Character., vol. 99, no. 1, pp. 128–141, 2015, doi: 10.1016/j.matchar.2014.11.021

[17] A.C. Larson, R.B. Von, “General Structure Analysis System (GSAS)” USA: Los Alamos National Laboratory Report LAUR, pp. 86, 2004.

[18] B.H. Toby, “EXPGUI, a graphical user interface for GSAS,” J. Appl. Cryst., vol. 34, no. 2, pp. 210-213, 2001, doi: 10.1107/S0021889801002242

[19] A.M. Glazer, “The classification of tilted octahedra in perovskites,” Acta Cryst. B, vol. 28, pp. 3384-3392, 1972, doi: 10.1107/S0567740872007976

[20] K. Momma y F. Izumi, “VESTA 3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data,” J. Appl. Cryst., vol. 44, pp. 1272-1276, 2011, doi: 10.1107/S0021889811038970

[21] W.S. Ferreira, J.A. Moreira, A. Almeida, M.R. Chaves, J.P. Araújo, J.B. Oliveira, J.M. Machado, M.A. Sá, T.M. Mendonça, P. Simeão, J. Kreisel, J.L. Ribeiro, L.G. Vieira, P.B. Tavares, S. Mendonça, “Spin-phonon coupling and magnetoelectric properties: EuMnO3 versus GdMnO3,” Phys. Rev. B, vol. 79, no. 5, pp. 054303-1 – 054303-6, 2009, doi: 10.1103/PhysRevB.79.054303

[22] J.A. Cuervo, D.M. Aljure, R. Cardona, J.A. Rodríguez, D.A. Landínez Téllez. J. Roa-Rojas, “Structure, ferromagnetic, dielectric and electronic features of the LaBiFe2O6 material,” J. Low Temp. Phys., vol. 186, no. 5-6, pp. 295–315, 2017, doi: 10.1007 / s10909-016-1714-6
Publicado
2020-05-26

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