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 GdMn_1-xFe_xO₃ (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.