Estudo de manganites modificadas com iões de terra rara

Abstract

O presente trabalho baseia-se num estudo das propriedades magnéticas e estruturais de manganites do tipo LaSrMnO3 e LaCaMnO3, modificadas por troca de iões de Lantânio por iões de Érbio ou Európio. Uma das propriedades em estudo mais detalhado é a variação de entropia magnética sob campo magnético aplicado – o efeito magnetocalórico. É desenvolvido um método de aplicação da teoria de transições de fase de Landau no estudo da influência do acoplamento magnetoelástico no efeito magnetocalórico dos materiais em estudo. Para um dado material ferromagnético, o máximo de variação de entropia magnética ocorre perto da sua temperatura de Curie (transição paramagnética-ferromagnética, TC). No caso das composições iniciais em estudo, os valores de TC são ~ 375 K para La0.70Sr0.30MnO3 e ~ 260 K para La0.70Ca0.30MnO3 . Ao substituir os iões de Lantânio por iões de Érbio ou Európio, o TC diminui em ambos os sistemas. Devido à diferença de raios iónicos entre os elementos substituídos, ao introduzir iões de Érbio no sistema La0.70Sr0.30MnO3 ocorre formação de uma segunda fase estruturalmente equivalente a ErMnO3. Este fenómeno tem consequências nas propriedades magnéticas do sistema em estudo. A diminuição de TC com a substituição de iões permite o controle de TC por composição, que tem interesse tecnológico no campo de refrigeração magnética, podendo no caso do sistema La0.70Sr0.30MnO3 ser controlada para refrigeração magnética à temperatura ambiente. Os estudos de microscopia electrónica, difracção de raios-X, magnetização até campo aplicado de 5T permitiu um estudo detalhado das propriedades magnéticas e estruturais dos sistemas em estudo, que, em conjunto com a aplicação da teoria de Landau ao efeito magnetocalórico desenvolvida neste trabalho, permitiu igualmente interpretar a influência do acoplamento magnetoelástico nos resultados obtidos.

This work presents a study of magnetic and structural properties of LaSrMnO3 and LaCaMnO3 manganites, where the Lanthanum ion is substituted by Erbium or Europium ions. A detailed study of magnetic entropy variation near the ferromagnetic-paramagnetic phase transition, under an applied magnetic field (magnetocaloric effect) is presented. The Landau theory of phase transitions is applied to the study of the magnetocaloric effect. For any type of ferromagnetic material, the maximum of magnetic entropy variation occurs near its Curie temperature (paramagnetic-ferromagnetic transition, TC). The parent compositions under study have TC values of ~ 375 K for La0.70Sr0.30MnO3 and ~ 260 K for La0.70Ca0.30MnO3. By substituting the Lanthanum ions by either Erbium or Europium, the TC values decrease. Due to the ionic size mismatch, by substituting Erbium ions in the LSMO system there occurs a formation of secondary phase, structurally equivalent to ErMnO3. This phenomenon will alter the magnetic properties of the studied systems. The lowering of TC by substitution allows the tuning of the operating temperature of the magnetic material, which can be approximated to values near room temperature in the case of the LSMO series. The electronic microscopy, X-ray diffraction and magnetization studies (up to 5 Tesla) allowed a detailed study of the structural and magnetic properties, which, in conjunction with the application of the Landau theory of phase transitions, allowed us to also interpret the influence of magnetoelastic coupling on the magnetocaloric properties of these ferromagnetic materials.