Caracterização de nanopartículas de Fe3Se4 por dispersão Raman : conceção de protótipo para estudos sob efeito de campo magnético

Abstract

O objetivo deste trabalho foi o estudo, através da espetroscopia Raman, da resposta ótica e estrutural de duas amostras de FeSex e Fe3Se4 sintetizadas com um novo procedimento de síntese por via química, com tempos de cozimento diferentes, assim como a conceção e construção de um dispositivo de aplicação de campo magnético, a ser integrado no espectrómetro Raman utilizado. Foi investigada, em atmosfera normal, a dependência do espetro Raman das amostras com a potência do LASER de excitação, com a temperatura e com a aplicação de um campo magnético externo, este ultimo utilizando o dispositivo construído nesta tese. O estudo com a potência do LASER revelou uma mudança estrutural, semelhante em ambas as amostras, para potências de incidência acima de 74 W. O espetro de Raman medido passa a apresentar modos Raman semelhantes aos reportados para -Fe2O3 (hematite), revelando que esta alteração estrutural observada era devida à oxidação da amostra promovida pelo aumento local da temperatura no ponto de incidência do LASER, em condições ricas em oxigénio. O estudo da dependência térmica dos modos Raman para a amostra FeSex de menor cristalinidade mostrou um comportamento anómalo com o aumento da temperatura, que não pode ser explicado unicamente pelos efeitos térmicos descritos pelo modelo do decaimento anarmónico envolvendo Processos de 3 e 4 fonões, havendo outros mecanismos como por exemplo a possibilidade de ocorrência de recozimento local da amostra. J a para a fase -Fe2O3 observa-se uma concordância no comportamento dos modos com o modelo de decaimento anarmónico, esperado nos semicondutores. Sob a aplicação de um campo magnético externo não foi observável qualquer efeito no espetro de Raman de ambas as amostras, a baixas potências laser, dada a intensidade de campo magnético ser insciente para este tipo de material. Além disso a baixa razão sinal-ruído comprometeu a análise quantitativa dos espetros que pudesse indicar uma tendência. No entanto, para a fase -Fe2O3 a dependência do espetro Raman com o campo magnético externo é visível e segue o comportamento reportado para outros materiais para o efeito do campo magnético na dispersão Raman, nomeadamente na intensidade e na frequência dos modos. No caso da fase hematite observou-se também uma dependência com o sentido do campo aplicado. A observação da influência do campo magnético nos modos Raman da fase -Fe2O3 das amostras serve também como prova do funcionamento do dispositivo construído, e torna visíveis algumas limitações do mesmo a serem futuramente retificadas.

This thesis focused on the study of the optical and structural behavior through Raman spectroscopy of FeSex and Fe3Se4 samples, synthesized with a new chemical synthesis procedure, with di erent synthesis times for each sample, as well as creating a magnetic eld generating device to be placed in the Raman spectrometer that was used. The samples' Raman spectrum's dependency with LASER power, temperature and external magnetic elds, this last one using the device created in this thesis, was studied in normal atmosphere. Experiments under variable LASER power revealed a similar structural change in both samples, for LASER powers above 74 W. After the change, the observed Raman spectrum shows Raman modes like the ones reported for -Fe2O3 (hematite), showing that this observed structural change in the samples is LASER promoted oxidation through the increase of the temperature in the LASER spot. The thermic dependence of the Raman modes for the less crystalline FeSex sample has an anomalous behavior with the increase in temperature, which is not explained by the model for anharmonic decay through 3 and 4 phonon processes, indicating the in uence of other mechanisms such as local sample annealing. For the -Fe2O3 phase, the Raman modes behave as foretold by the anharmonic decay model. Under external magnetic elds no change in the Raman spectra for both samples, under low laser power, was observed, likely due to the low magnetic eld intensity, which is insu cient to cause major structural changes in this type of material. The low signal-noise ratio also contributed to the uncertainties in the results, hindering a quantitative analysis of the spectra obtained at low power. However, for the -Fe2O3 phase there is a visible dependence of its Raman spectrum with the external magnetic eld, following the same behavior observed for other materials under external magnetic - elds. This dependency happens for both the intensity and the direction of the magnetic eld, and is especially visible in the peak energy and height. Observing the in uence of the magnetic eld on the Raman modes of the -Fe2O3 phase also serves as a proof of concept for the magnetic eld generating device built in this thesis, uncovering some previously unknown limitations which will be corrected in future developments.