Cerâmicos magnetoresistivos à base de manganês -La1-xSrxMnO3

Abstract

Durante os últimos anos tem-se desenvolvido um interesse crescente em materiais capazes de apresentar várias ordens ferróicas, isto é, capazes de apresentar simultaneamente uma ordem ferro ou antiferroeléctrica e também ferro ou antiferromagnética. Estes materiais têm aplicações potencialmente muito interessantes na recente electrónica de spin, denominada de spintrónica, em dispositivos (filtros de spin e junções de efeito de túnel) para memórias magnéticas não-voláteis (MRAMs, do acrónimo em Inglês, Magnetoresistive Random Access Memory). As junções de efeito de túnel são constituídas por eléctrodos ferromagnéticos com comportamento metálico separados por uma barreira isoladora aplicada sob a forma de filmes finos em heteroestruturas epitaxiais. Por estes aspectos, uma investigação sistemática destes materiais quer como cerâmicos para posterior utilização como alvos para deposição de filmes, quer como filmes é necessária e oportuna. As perovesquites à base de manganês La1-xAxMnO3 (A = Ca, Ba, ou Sr) são importantes para uma variedade de aplicações industriais e atraem uma enorme atenção devido à muito elevada magnetoresistência, consequência da mudança de muitas ordens de magnitude da resistividade eléctrica com a aplicação de um pequeno campo magnético, abaixo da temperatura de Curie (Tc). O sistema La1-xSrxMnO3 ((LSMO)) tem merecido grande relevância no estudo da magnetoresistência apresentando uma temperatura de Curie (Tc) máxima em torno de 380K. A magnetoresistência e a dependência do campo magnético foram já investigadas em vários sistemas La1-xAxMnO3. No entanto, nenhum estudo aprofundado foi realizado na síntese e na sinterização ou mesmo na caracterização das propriedades para uma diversa gama de valores de x no sistema LSMO. A investigação a realizar neste trabalho visa o desenvolvimento de alvos cerâmicos de LSMO com x=0.2, 0.3, 0.4 e 0.5 e elevada densificação. Este trabalho visa, numa primeira parte, perceber o efeito da substituição do lantânio por estrôncio no processamento cerâmico, nomeadamente na síntese por reacção no estado sólido e no processo de sinterização, e, numa segunda parte, perceber o efeito do tamanho de grão e da presença de segundas fases nas propriedades magnéticas, eléctricas e magnetoresistivas. Este estudo insere-se no âmbito de um projecto alargado, financiado pela FCT. Os materiais cerâmicos desenvolvidos no presente trabalho serão posteriormente usados para produção de filmes e investigados como junções magnéticas por outros parceiros do projecto.

During the last years, there has been an increasing interest in materials capable of displaying several ferroic orders, which means, capable of presenting both ferro/antiferroelectric and ferro/antiferromagnetic. These materials are very interesting for applications in the recent spin electronics, so called spintronics, in devices (spin filters and magnetic tunnel junctions) for non-volatile magnetic memories (MRAMs – Magnetoresistive Random Access Memory). The magnetic tunnel junctions are composed by ferromagnetic electrodes with metallic behavior and they are separated by an insulating barrier applied with thin films shapes in epitaxial heterostructures. Concerning these aspects, a systematic research is necessary to develop these materials either in bulk ceramics for later use as targets for film deposition, either as films. The perovskites of manganites La1-xAxMnO3 (A = Ca, Ba, or Sr) are important for a variety of industrial applications and attract great attention due to their great magnetoresistance that is a consequence of the change in several orders of magnitude of the electrical resistivity, with the application of a small magnetic field below the Curie temperature (Tc). The La1-xSrxMnO3 ((LSMO)) system has earned great importance in the study of magnetoresistance, presenting a Curie temperature (Tc), which reaches a maximum at about 380 K. The dependence of the magnetoresistance and of the magnetic field have been investigated in several systems La1-xAxMnO3. However, no detailed study was conducted in the synthesis and sintering or even in the characterization of these properties for a wide range of values of x, in LSMO system. The aim of this work it to develop LSMO ceramic targets with x = 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5, highly densified. This paper seeks to understand, in a first part, the effect of the substitution of lanthanum by strontium in the bulk process, like the synthesis by solid state reaction, and, in a second part, the effect of grain size and the presence of second phases in the magnetic, electrical and magnetoresistive properties. This study is located within an extended project, supported by FCT. The ceramic materials developed in this study will later be used to produce films and to be investigated as magnetic junctions by other project partners.