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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/989| Propiedades magnéticas y dieléctricas de películas delgadas del multiferroico TbMnO3 dopado con elementos del grupo 13 Magnetic and dielectric properties of multiferroic TbMnO3 thin films doped with elements of group 13 | |
| Fátima Pérez Osuna | |
| Jesús Leonardo Heiras Aguirre | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Multiferreicos,Ferroelectricidad,Ferromagnetismo,Magnetoeléctrico | |
| Está reportado que el TbMnO<sub>3</sub> posee un fuerte acoplamiento entre los ordenamientosmagnético y estructural a muy bajas temperaturas (<41 K). Este material es representativode los llamados multiferroicos tipo II, en los cuales el magnetismo provoca la aparición dela ferroelectricidad. En este trabajo se estudian películas delgadas de TbMnO<sub>3</sub> impurificadocon Al y Ga, con el propósito de modificar sus propiedades físicas buscando convertirlo enun material viable para aplicaciones tecnológicas. Con este fin primeramente sesintetizaron, por la técnica de reacción en estado sólido, pastillas de TbMnO<sub>3</sub>:Ga,Alutilizadas como blancos para producir las películas delgadas. Posteriormente se crecieronlas películas mediante la técnica de ablación por láser pulsado (PLD) sobre sustratoscristalinos de SrTiO<sub>3</sub> (aislante) y Nb:SrTiO<sub>3</sub> (conductor). La composición de las películasfue caracterizada por medio de difracción de rayos-X (DRX), espectroscopia de energíadispersada (EDS) y de fotoelectrones de rayos-X (XPS). Se obtuvieron películas de unasola fase cristalina sin contaminantes. Las características estructurales se analizaron con lastécnicas de microscopia electrónica de barrido (SEM) y de transmisión (TEM), a partir delas cuales se pudo obtener un modelo del crecimiento epitaxial de la película sobre elsustrato. Después se midieron las propiedades magnéticas, desde 2 K a 300 K, para lo cualse utilizó un magnetómetro SQUID. Se observó que al dopar el TbMnO<sub>3</sub> con Al y Ga, sevuelve ferromagnético y que el espesor de la película influye fuertemente en lamagnetización, siendo ésta mayor a espesores pequeños (hasta 130 emu/cm<sub>3</sub> para películasde 10 nm). A espesores mayores de 50 nm las películas se relajan y la contribución a lamagnetización es debida principalmente al dopante (hasta 70 emu/cm<sub>3</sub> con 10% de Al). Porúltimo se efectúo la caracterización dieléctrica y magnetoeléctrica a bajas temperaturasusando una estación Janis con puntas micromanipuladoras y un Sistema de Medición dePropiedades Físicas (PPMS). Los resultados confirman el acoplamiento entre propiedadesmagnéticas y dieléctricas a la temperatura de ordenamiento ferroeléctrico (~30 K).En general, al dopar el TbMnO<sub>3</sub> con Ga y Al, y crecerlo en forma de película delgada, laspropiedades ferroicas se modifican: las temperaturas de transición magnética yferroeléctrica se desplazan hacia altas temperaturas y la magnetización aumenta. Seconcluye que este material puede considerarse dentro de los pocos multiferroicos de unasola fase que presentan ferromagnetismo y ferroelectricidad con acoplamiento entre sí(magnetoelectricidad) y que la impurificación con Al y Ga tuvo un efecto favorable en suspropiedades ferroicas. It is reported that TbMnO<sub>3</sub> has a strong coupling between magnetic and structural orderingsat very low temperatures (<41 K). This material is representative of the so-called type IImultiferroics, in which the magnetism causes the appearance of ferroelectricity. In thiswork TbMnO<sub>3</sub> thin films doped with Al and Ga are studied, with the purpose of modifyingtheir physical properties and make them viable for technological applications. For thispurpose, Al,Ga doped TbMnO<sub>3</sub> tablets were first synthesized by the solid state reactionmethod to be used as targets to produce thin films. Subsequently, the films were grown onSrTiO<sub>3</sub> (insulator) and Nb:SrTiO<sub>3</sub> (conductor) crystal substrates by the pulsed laserdeposition technique (PLD). The chemical composition of the films was characterized byX-ray diffraction (XRD), energy dispersive spectroscopy (EDS) and x-ray photoelectronspectroscopy (XPS). Single phase, crystalline films were obtained without contaminants.The structural characteristics were analyzed using scanning (SEM) and transmission (TEM)electron microscopy, from which the epitaxial growth model of the films was obtained.Magnetic properties were measured, from 2 to 300 K, using a SQUID magnetometer. It wasobserved that the TbMnO<sub>3</sub> films doped with Al and Ga became ferromagnetic. Filmthickness strongly influences the magnetization, being higher for small thicknesses(130 emu/cm<sub>3</sub> for 10 nm thick films). The films relax at thicknesses above 50 nm, and themain contribution to the magnetization is due to the dopant (70 emu/cm<sub>3</sub> with 10% of Al).Finally dielectric and magnetoelectric characterization was performed at low temperaturesusing a Janis probe station provided with a micro-manipulator and a physical propertiesmeasurements system (PPMS). The results confirm the coupling between magnetic anddielectric properties at the ferroelectric ordering temperature (~ 30 K).In general, the Al and Ga doping of TbMnO<sub>3</sub> thin films produce changes in their ferroicproperties: the magnetic and ferroelectric transition temperatures are shifted toward highervalues and the magnetization increases. This material can be considered among the fewsingle phase multiferroics displaying coupled ferromagnetic and ferroelectric behavior(magnetoelectricity). Al and Ga doping has favorable effects in the TbMnO<sub>3</sub> ferroicproperties. | |
| CICESE | |
| 2013 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Pérez Osuna, F.2013.Propiedades magnéticas y dieléctricas de películas delgadas del multiferroico TbMnO3 dopado con elementos del grupo 13.Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.99 pp. | |
| OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Física de Materiales |
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