Publicação: Efeito da substituição de bismuto por samário sobre propriedades físicas de filmes finos de ferrita de bismuto
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Data
2023-08-18
Autores
Orientador
Araújo, Eudes Borges de 
Coorientador
Pós-graduação
Ciência dos Materiais - FEIS 33004099083P9
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Neste trabalho, foram investigadas as propriedades físicas do sistema multiferroico BiFeO3 (BFO), substituindo íons de Bi por íons de Sm na estrutura perovskita. Filmes finos de Bi(1-x)Sm(x)FeO3 (0,00 ≤ x ≤ 0,18 mol% de Sm) foram sintetizados usando o método químico da rota do ácido acético. As amostras foram cristalizadas a 600 °C, e os resultados de difração de raios X (DRX) confirmaram a formação da estrutura perovskita do BiFeO3, sem fases secundárias. As análises de DRX e espectroscopia Raman mostraram que a estrutura do BiFeO3 foi alterada de romboédrica (R3c), estado ferroelétrico, para ortorrômbica (Pnma), estado paraelétrico, na concentração de substituição de samário em x = 0,14. O limite do estado R3c/Pnma em torno de x = 0,14 é considerado como um limite de fase morfotrópica (MPB). As propriedades físicas dos filmes também foram investigadas usando técnicas de espectroscopia de energia dispersiva (EDS), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (AFM), espectroscopia de absorção (UV-VIS) e densidade de corrente elétrica. O método de Rietveld foi usado para calcular os parâmetros de rede e o modelo de Williamson-Hall foi usado para calcular o tamanho do cristalito e a microdeformação. Neste trabalho, através de medidas de espectroscopia de impedância em filmes finos de Bi(1-x)Sm(x)FeO3, mostramos que o uso de um modelo de Brick Layer permite a separação das propriedades elétricas de grãos (g) e do contorno de grãos (GBs). Os resultados indicam que os grãos têm permissividade dielétrica e condutividade elétrica muito maiores do que os GBs. Suas propriedades controlam principalmente as características observadas nos filmes finos estudados. A introdução de samário reduz a condutividade elétrica e aumenta as energias de ativação para transporte de carga em grãos e GBs. Por sua vez, a permissividade dielétrica é reduzida em grãos e sutilmente aumentada em GBs.
Resumo (inglês)
In this work, physical properties of the multiferroic BiFeO3 (BFO) system were investigated, replacing Bi ions by Sm ions in the perovskite structure. Thin films of Bi(1-x)Sm(x)FeO3 (0.00 ≤ x ≤ 0.18) were synthesized using the acetic acid route. The samples were crystallized at 600 °C, and X-ray diffraction (XRD) results confirmed the formation of the perovskite structure of BiFeO3 without secondary phases. XRD and Raman spectroscopy analyzes showed that the structure of BiFeO3 was changed from rhombohedral (R3c), a ferroelectric phase, to orthorhombic (Pnma), a paraelectric phase, at the samarium substitution concentration at x = 0.14. The R3c/Pnma phase boundary around x = 0.14 is considered a morphotropic phase boundary (MPB). The physical properties of the films were also investigated using energy dispersive spectroscopy (EDS), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), absorption spectroscopy (UV-VIS) and electrical current density techniques. The Rietveld method was used to calculate the lattice parameters and the Williamson-Hall model was used to calculate the crystallite size and microstrain. In this work, through impedance spectroscopy measurements on the Bi(1-x)Sm(x)FeO3 thin films, we show that the use of a Brick Layer model allows the separation of the electrical properties of grains (g) and grain boundaries (GBs). The results indicate that the grains have much higher dielectric permittivity and electrical conductivity than GBs. Its properties mainly control the characteristics observed in the studied thin films. The introduction of samarium reduces electrical conductivity and increases activation energies for charge transport in grains and GBs. In turn, the dielectric permittivity is reduced in grains and subtly increased in GBs.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Português
