Lei de Bloch estendida e efeitos de desordem atômica em YIG dopado com Zn, Ni e Co

Abstract

No presente trabalho foi investigado o comportamento da magnetização de saturação (Ms) em função da temperatura (T) em nanopartículas de granada de ítrio e ferro dopada com zinco, níquel e cobalto em diferentes concentrações, obtidas pelo método sol gel. Para a síntese das nanopartículas foram utilizados materiais à base de nitratos e água destilada como solvente. As sínteses foram realizadas em 900 ◦C. Todas as amostras foram caracterizadas estruturalmente e magneticamente, utilizando difratometria de raio-X (DRX) e magnetometria de amostra vibrante (VSM). Em todas as amostras a caracterização estrutural apresentou uma única fase cristalográfica, correspondente à granada de ítrio e ferro, exceto para o YIG dopado com 5% de zinco em relação ao ferro. A variação observada no parâmetro de rede foi relacionada com a diferença entre o raio iônico do Fe²⁺ e o raio iônico do dopante (Zn²⁺,Ni²⁺ ou Co²⁺). A caracterização magnética mostrou que os materiais apresentam laço de histerese estreito, demonstrando natureza ferromagnética mole dos compostos. Além disso foi observado que o campo coercitivo (Hc), remanência (Mr) e magnetização de saturação (Ms) estão fortemente relacionados, com a concentração de dopante na estrutura da granada de ítrio e ferro. Para cada amostra, foi obtido o valor da magnetização de saturação em diferentes temperaturas, entre 50 e 300 K. Consequentemente foi investigado o comportamento de Ms x T para esses materiais. Para cada curva de Ms x T, obtida experimentalmente, foi realizado um ajuste baseado na lei de Bloch estendida. Os valores dos expoentes da lei de Bloch estendida, dado pelo ajuste variam de 1,42 a 9,68, diferentes dos valores descritos na literatura; 9/2 , 2, 3/2, 3 e 5/2. A discrepância foi associada à existência de defeitos estruturais e momentos com interação de troca frustrada, devido ao tamanho das nanopartículas e condições de tratamento térmico. Outra tentativa de ajuste foi realizada, combinado um termo linear com a lei de Bloch tradicional T 3/2 motivada pelo tamanho das partículas nanométricas. Esta outra tentativa foi mal sucedida, mostrando discrepância com os resultados experimentais. Assim, a discrepância foi atribuída à desordem atômica e frustrações magnéticas.