¿Podría estabilizarse una fase helicoidal en Mn1-xMgxCr2O4?

Pardo Sainz, Miguel
Campo Ruiz, Jesús Javier (dir.)

Universidad de Zaragoza, CIEN, 2019
Física de la Materia Condensada department, Física de la Materia Condensada area

Máster Universitario en Física y Tecnologías Físicas

Abstract: Las espinelas Mn1-xMgxCr2O4 son sistemas con frustración geométrica bien conocida, los cuales muestran estructuras magnéticas cónicas cicloidales en x = 0, y fluctuaciones de espines en x = 1. En este trabajo se pretendía estudiar el efecto de la sustitución de cationes magnéticos Mn2+ en el sitio A de la espinela por cationes diamagnéticos Mg2+ en Mn1-xMgxCr2O4. Sin embargo, cuando se ha caracterizado la muestra pura, sin sustitución diamagnética (x = 0), se han obtenido resultados inesperados que no estaban reportados en la literatura. Por tanto en este trabajo reinvestigamos la espinela MnCr2O4, en la cual los iones Mn2+ ocupan los sitios A y los iones Cr3+ ocupan los sitios B, mediante experimentos de difracción de polvo de neutrones a diferentes temperaturas para tres muestras sintetizadas de manera distinta. Las dos primeras muestras fueron preparadas bajo una atmósfera reducida de Ar + H2 y contenían solo una fase pura de MnCr2O4, mientras que la tercera fue preparada bajo aire y contenía una fase de MnCr2O4 y otra fase minoritaria de Cr2O3. A partir del análisis de los resultados, obtenemos las estructuras nucleares de los sistemas MnCr2O4 y Cr2O3, las cuales son estables con la evolución de la temperatura, así como la estructura magnética del MnCr2O4, la cual sufre varias transiciones de fase. En el caso de las muestras reducidas, las transiciones de fase magnéticas y las temperaturas a las que suceden son las siguientes: transición paramagnético - ferrimagnético a TC entre 30 y 50 K, transición ferrimagnético - espiral (dd0) a TS1 = 20 K, y transición espiral (dd0) - espiral (d1d2d3) a TS2 = 18 K. Para la muestra con dos fases, las transiciones y temperaturas correspondientes son: transición paramagnético - ferrimagnético a TC entre 30 y 50 K, transición ferrimagnético - espiral (dd0) + (d1d2d3) a TS2 entre 15 y 20 K. En cada uno de los ordenamientos obtenemos los valores del momento manético de cada ión, el ángulo que forman con el eje de magnetización, y la dirección en la que apunta dicho eje. Estos valores están de acuerdo con experimentos de imanación y calor específico realizados en estas muestras, así como con los valores de investigaciones previas, excepto la fase espiral (d1d2d3), la cual es descrita por vez primera en este trabajo. Planteamos un origen de estas transiciones basado en la competencia entre las interacciones JCrCr, JCrMn y JMnMn, cuya intensidad podría seguir un orden: JCrCr > JCrMn > JMnM. La presencia de una fase de Cr2O3 provoca una transición incompleta para la fase espiral (d1d2d3) por debajo de 20 K, lo cual lo asociamos con una posible explicación de la ausencia de esta fase en estudios anteriores.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master