Estudo do efeito da substituição do íon Al3+ sobre os mecanismos de polarização e condução na hexaferrita de bário-lantânio tipo-M

dc.contributor.advisor1Guerrero Zayas, Fidel
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9977494986476816eng
dc.contributor.referee1Fonseca Filho, Henrique Duarte da
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1464003755275281eng
dc.contributor.referee2Trichês, Daniela Menegon
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8037054732461325eng
dc.contributor.referee3Alcaide, Ernesto Govea
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/4402159171600013eng
dc.contributor.referee4Peña Garcia, Ramón Raduel
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/2997448735629942eng
dc.creatorCatique, Luã da Costa
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2410599984009422eng
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-8751-7111eng
dc.date.issued2024-02-28
dc.description.abstractThe study of electrical properties and polarization and conduction mechanisms are important in ferrimagnetic and dielectric materials because the potential for their use in various applications such as: spintronics, multiferroic materials and absorption of electromagnetic radiation also depends on these electrical properties. This research aimed to study the effect of substitution of the \ce{Al^{3+}} ion on the polarization and conduction mechanisms in M-type barium-lanthanum hexaferrite using different phenomenological and theoretical models. Ceramics, with chemical formula \ce{Ba_{0.9}La_{0.1}Fe_{12-x}Al_{x}O_{19}} and cation composition \ce{Al^{3+}} from x = 0.0 to 1.3, were prepared using the conventional ceramic method. Structural and morphological analysis was carried out for all ceramics under study using X-ray diffraction, the Rietveld refinement method, Raman spectroscopy and scanning electron microscopy. Measurements of hysteresis loops and complex permittivity were made using vibrating sample magnetometry and dielectric spectroscopy. The main results revealed the coexistence of two hexaferrite phases with non-centrosymmetric $P6_{3}mc$ and centrosymmetric $P6_{3}/mmc$ spatial groups. The grains presented a hexagonal morphology for both phases with a maximum grain size of 5 $\mu$m. Magnetic properties; \ce{M_{s}}, \ce{M_{r}}, \ce{H_{c}}, \ce{K_{eff}}, \ce{H_{a}}, \ce{\mu_{B}} and magnetic $\chi$ decrease with the increase of the \ce{Al^{3+}} cation. The electrical properties vary with the content of the \ce{Al^{3+}} ion. Values of the relaxation parameters, $\alpha$ and $\beta$, obtained through the relaxation process and Havriak-Negami dielectric function, showed non-Debye type relaxation and relaxation time distribution with high asymmetry. The activation energy values determined using the Arrhenius relationship on the relaxation time in the permittivity, electrical modulus and ac-conductivity formalisms indicated polarization and conduction processes in the different temperature ranges analyzed. A local dipolar polarization mechanism and conduction mechanisms; Correlated barrier electron hopping and non-overlapping small polaron tunneling have been identified in the temperature range of 10 to 100 K. A mechanism of interfacial polarization and conduction mechanisms; Quantum mechanical tunneling and tunneling of large overlapping polarons have been identified in the temperature range 110 to 300 K. The activation energy varies with temperature and is related to the polarization and conduction mechanisms identified in each temperature range.eng
dc.description.resumoO 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 $\mu$m. As propriedades magnéticas; \ce{M_{s}}, \ce{M_{r}}, \ce{K_{eff}}, \ce{H_{a}}, \ce{\mu_{B}} e $\chi$ 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, $\alpha$ e $\beta$, 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.eng
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicoeng
dc.formatapplication/pdf*
dc.identifier.citationCATIQUE, Luã da Costa. Estudo do efeito da substituição do íon Al3+ sobre os mecanismos de polarização e condução na hexaferrita de bário-lantânio tipo-M. 2024. 147 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2024.eng
dc.identifier.urihttps://tede.ufam.edu.br/handle/tede/10393
dc.languageporeng
dc.publisherUniversidade Federal do Amazonaseng
dc.publisher.countryBrasileng
dc.publisher.departmentInstituto de Ciências Exataseng
dc.publisher.initialsUFAMeng
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Físicaeng
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.por
dc.subject.por
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA: FISICA: FISICA DA MATERIA CONDENSADAeng
dc.subject.userHexaferrita de báriopor
dc.subject.userPropriedades estruturaispor
dc.subject.userPropriedades magnéticaspor
dc.subject.userPropriedades elétricaspor
dc.subject.userMecanismo de polarizaçãopor
dc.subject.userMecanismos de relaxaçãopor
dc.subject.userMecanismo de condutividadepor
dc.thumbnail.urlhttps://tede.ufam.edu.br/retrieve/77979/TESE_Lu%c3%a3Catique_PPGFIS.pdf.jpg*
dc.titleEstudo do efeito da substituição do íon Al3+ sobre os mecanismos de polarização e condução na hexaferrita de bário-lantânio tipo-Meng
dc.title.alternativeStudy of the effect of replacing the Al3+ ion on the polarization and conduction mechanisms in M-type barium-lantanhoum hexaferriteeng
dc.typeTeseeng

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