Estabilidad de fases y semidesorden magnético en óxido cúprico dopado con hierro

Abstract

En este trabajo se han investigado propiedades magnéticas del óxido cúprico mediante el dopaje con ⁵⁷Fe y mediciones de su campo magnético hiperfino utilizando espectroscopia Móssbauer, complementando estos estudios con otras técnicas. Estas fueron DRX, microscopías electrónicas de barrido y transmisión, EDAX, EXAFS y medidas de magnetización por SQUID. Se encontró un comportamiento de semi- desorden magnético que puede ser interpretado mediante un modelo que supone la existencia de una inclinación local del momento magnético asociado a los átomos de Fe. El sistema sufre dos tipos de transiciones magnéticas, una a 150 K relacionada a la temperatura de orden de la matriz CuO modificada por la presencia del Fe y otra entre 4.2 y 15 K vinculada al congelamiento total de los momentos del Fe según direcciones aleatorias. Para poder lograr el dopaje se siguieron diferentes métodos que brindaron resultados no satisfactorios, lo que unido a las contradicciones encontradas en los trabajos consultados, condujo a la necesidad de estudiar con detalle los rangos de estabilidad de las fases del sistema Cu-Fe-O. Se demostró así que los métodos convencionales de disolución en HNO3 o reacciones de estado sólido conducen a la formación de las fases estables del diagrama de equilibrio, como CuFe₂O₄ y CuFeO₂. En este trabajo se utilizó por primera vez el molido mecánico en óxidos CuO y 0.25 mol.% de α-Fe₂O₃ para lograr la incorporación del dopante. Se obtuvo de esta manera, una solución sólida Cu₁_xFe_xO con un rango de estabilidad térmica definido. Los resultados aquí presentados no permiten establecer si el estado de frustración que conduce a la inclinación local de espines es intrínseca del CuO, sugerida por otros autores, o bien es un estado inducido por la presencia del dopante. Se sugieren distintos caminos que podrían dilucidar las cuestiones pendientes.