Efeitos condutivos e polares em filmes finos de óxidos complexos visando aplicação em memorias de múltiplos estados
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Data
2024-04-12
Autores
Orientador
Simões, Alexandre Zirpoli 
Coorientador
Mota, Rogério Pinto
Pós-graduação
Física - FEG 33004080051P4
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)
Esta pesquisa teve como objetivo analisar as propriedades polares, ferroelétricas, piezoelétricas, ópticas e magnéticas de filmes finos de BaBiO3 obtidos pelo método dos precursores poliméricos, variando as proporções de Ba/Bi. Para uma melhor designação das amostras, foram utilizados os seguintes códigos: (80/20) (BBO82), (50/50) (BBO55) e (30/70) (BBO37). As análises de Rietveld indicam a cristalização em estrutura romboédrica de BaBiO3 (grupo espacial R-3R), sem a presença de fases secundárias. As propriedades de deformação, dielétrica, ferroelétrica e piezoelétrica são fortemente influenciadas pela textura do filme. A amostra BBO55 exibe uma orientação preferencial ao longo do plano (341), sem imprint e gap de polarizações, apresentando altas respostas piezoelétricas (d33-eff ≈ 45,7 pm/V) e ferroelétricas (Pr ≈ 19,87 μC/cm2). As propriedades ópticas e magnéticas são dependentes das variações no tamanho do grão e dos tipos de vacâncias. Os resultados de fotoluminescência indicam a presença significativa de vacâncias de oxigênio e clusters [BiO5.V_o^.] na amostra BBO37, melhorando a razão Mr/Ms devido à morfologia em forma de placas. Este filme demonstra um comportamento superparamagnético devido à facilidade de alternância de domínios sob campo externo. A espectroscopia de fotoelétrons de raios X revela a interação entre Bi3+ e Bi5+, afetando a resposta magnética. A temperatura impacta a cristalização, morfologia, resistência à fadiga e corrente de fuga. A 800°C, o filme BBO55 apresenta uma estrutura granular em forma de placas, com corrente de fuga alinhada ao mecanismo denominado voltagem do limite de preenchimento por armadilhas (VTFL). Por outro lado, o filme BBO55 a 600°C exibe grãos arredondados, pouca porosidade e a teoria da condução em altos campos elétricos, bem descrita pelo mecanismo de condução limitada por carga espacial (SCLC). O desempenho superior a 600°C destaca-se pela elevada resistência à fadiga em 107 ciclos de polarização. Essas descobertas são pertinentes para o desenvolvimento de materiais polares livres de chumbo com potencial aplicação em dispositivos eletrônicos, tais como sensores de campo magnético, interruptores, atuadores, dispositivos de memória e spintrônica.
Resumo (inglês)
This research aims to analyze the polar, ferroelectric, piezoelectric, optical, and magnetic properties of thin films of BaBiO3 obtained through a polymeric precursor, while varying the Ba/Bi ratios. For better sample designations, the following codes were employed: (80/20) (BBO82), (50/50) (BBO55), and (30/70) (BBO37). Rietveld analyses indicate crystallization in a rhombohedral structure of BaBiO3 (R-3R space group), with no presence of secondary phases. Deformation, dielectric, ferroelectric, and piezoelectric properties are strongly influenced by the film texture. The BBO55 sample exhibits a preferred orientation along the (341) plane, without imprint and polarization gap, demonstrating high piezoelectric (d33-eff ≈ 45.7 pm/V) and ferroelectric (Pr ≈ 19.87 μC/cm2) responses. Optical and magnetic properties depend on variations in grain size and vacancy types. Photoluminescence results indicate significant oxygen vacancies and vacancy clusters [BiO_5.V_o^.] in the BBO37 sample, improving the Mr/Ms ratio due to plate-like morphology. This film displays superparamagnetic behavior due to domain switching ease under an external field. X-ray photoelectron spectroscopy reveals the interaction between Bi3+ and Bi5+, influencing the magnetic response. Temperature impacts crystallization, morphology, fatigue resistance, and leakage current. At 800°C, the BBO55 film exhibits a plate-like grain structure, with leakage current characterization aligned with the traps-filled limit voltage (VTFL) mechanism. On the other hand, the BBO55 film at 600°C shows rounded grains, low porosity, and theory of high field conduction, is well described by the space charge limited conduction (SCLC) mechanism. Superior performance above 600°C is highlighted by the high fatigue resistance over 107 switching cycles. These findings are relevant for the development of lead-free materials to be applied in electronics, such as magnetic field sensors, switches, actuators, memory devices, and spintronics.
Descrição
Idioma
Português
Como citar
LAURA, Gohnny Acero. Efeitos condutivos e polares em filmes finos de óxidos complexos visando aplicação em memorias de múltiplos estados. 2024.Tese (Doutorado em Física) - Faculdade de Engenharia e Ciências, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2024.