Estructura cristalina y propiedades magnéticas deYbCrO3 y PrCrO3 dopadas en los sitios A y B

Abstract

En este trabajo se estudia la estructura cristalina, el ambiente químico y las propiedades magnéticas de los sistemas Yb1-xPrxCrO3 (YPC) y PrCr1-xCuxO3 (PCC). La síntesis de la solución sólida Yb1-xPrxCrO3 (0 ≤ x ≤ 1) se realizó por el método de combustión. Las imágenes de microscopio electrónico de transmisión (TEM) muestran partículas en el rango de 20-25 nm. Por otro lado, la síntesis de las muestras PrCr1-xCuxO3 (0 ≤ x ≤ 0.1) se realizó por el método de sol gel, obteniéndose partículas menores a 250 nm. En ambos sistemas, la estructura cristalina y el estado químico de los cationes se caracterizaron mediante difracción de rayos-X (DRX), así como espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos-X (XPS). Por último, se estudiaron las propiedades magnéticas en un rango de 2 a 300 K. Los patrones de difracción de rayos-X obtenidos son los característicos de YbCrO3 y PrCrO3, correspondientes a la estructura ortorrómbica con grupo espacial Pbnm/Pnma (ICSD 251, 106/ ICSD 109, 352). En el sistema YPC se observa un corrimiento de las reflexiones conforme se incrementa el contenido de Pr, a diferencia del sistema PCC donde el aumento de Cu trae consigo un ligero corrimiento de las mismas. Análisis de Rietveld de las estructuras cristalinas muestran una presión química anisotrópica para YPC y una isotrópica en PCC, en ambos sistemas estas presiones generan un aumento en el volumen de las celdas unitarias. La espectroscopia XPS muestra que la estabilidad química en YPC se da a través de una mezcla de valencias de Yb (Yb2+,3+) y Pr (Pr3+,4+) en la región rica en Yb (0 ˂ x ˂ 0.5), mientras que en PCC la estabilidad química y compensación de carga se da a través del ion Cr provocando la formación de Cr6+. El compuesto YbCrO3 presenta un ordenamiento antiferromagnético con una TNéel de ~ 118 K, así como magnetización reversible con una temperatura de compensación de ~ 20 K. En el sistema YPC las medidas de magnetización muestran una disminución progresiva de la magnetización reversible al aumentar el contenido de Pr, hasta desaparecer completamente para x=0.30; además se observa una transición antiferromagnética cuya TN se incrementa de manera lineal de ~ 119 K a ~ 243 K confirmando una homogeneidad de los átomos Yb y Pr en su correspondiente sitio cristalográfico. Medidas de magnetización isotérmicas muestran una anisotropía de intercambio negativa inducida por la sustitución de Pr, así como una marcada curva de histéresis en la composición final, PrCrO3. El compuesto PrCrO3 presenta un ordenamiento antiferromagnético con una TNéel de ~ 240 K acompañado de un débil ferromagnetismo, adicional a esto se observa una anomalía a ~ 20 K relacionada con la interacción Pr3+ -Pr3+. En el sistema PCC las medidas de susceptibilidad magnética muestran un comportamiento “tipo diamagnético” en el modo de medición enfriado sin campo (ZFC); además de observarse una disminución de las dos TN, y del momento magnético efectivo del material, conforme se aumenta el contenido de Cu. Medidas de M vs. H muestra una gran anisotropía de intercambio en la muestra pura PrCrO3, dicha anisotropía se mantiene al introducir el cobre en la matriz de PrCrO3, pero con una intensidad mucho menor.