Síntese e caracterização de diferentes famílias de vidros e vitro-cerâmicas (óxidos, fosfatos e fluoretos) com propriedades magnéticas

Abstract

Uma classe interessante de vidros que vem se destacando nos últimos anos são os chamados vidros magnéticos e magneto-ópticos, esses materiais possuem propriedades que podem ser moduladas pela aplicação de um campo magnético, como por exemplo o efeito Faraday no qual a luz transmitida é elipticamente polarizada com seu longo eixo girando em relação à direção do plano de polarização da onda incidente. Esses vidros têm despertado o interesse de pesquisadores ao redor do mundo, e muitos trabalhos, tanto do ponto de vista fundamental como de aplicações estão se tornando comuns na literatura. Os efeitos magneto-ópticos são mais pronunciados nos cristais, mas a grande dificuldade em preparar monocristais com dimensões práticas limita seu uso em dispositivos fotônicos. Uma maneira interessante de contornar este problema é a simbiose entre vidro e cristais magnéticos em um único material. A síntese de novas composições de vidro, bem como a compreensão sobre a química de sua formação, nos permite a obtenção de composições onde a formação de cristais na fase vítrea pode ser controlada. Os cristais do tipo granada com fórmula geral TR3Ga5O12 (TRGG onde TR = terras raras) têm importantes propriedades fundamentais e tecnológicas, dentre eles o composto mais conhecido é a granada de térbio e gálio (TGG), usado como cristal magneto-óptico em dispositivos para a detecção de campos eletromagnéticos, dispositivos de rotação de Faraday, etc. Além do Tb, os ions Gd, Ho e Dy também apresentam propriedades magnéticas. O crescimento da fase cristalina de TRGG dentro de uma matriz vítrea, sem comprometer as propriedades ópticas, é uma tarefa complicada. O principal desafio é obter um vidro homogêneo e transparente com íons ativos dentro da fase cristalina. O presente relatório descreve os resultados mais expressivos obtidos até o momento, bem como as dificuldades encontradas. Durante o período foram preparadas vitrocerâmicas contendo cristais de TRGG (TR = Tb, Dy, Ho, Gd), o crescimento dos cristais em diferentes condições foi explorado e suas propriedades foram investigadas.

An interesting class of glasses that has been gaining attention in recent years is the so-called magnetic and magneto-optical glasses. These materials exhibit properties that can be modulated by applying a magnetic field, such as the Faraday effect, in which transmitted light becomes elliptically polarized, with its long axis rotating relative to the plane of polarization of the incident wave. These glasses have sparked the interest of researchers worldwide, and numerous studies, both fundamental and application-oriented, are increasingly appearing in the literature. Magneto-optical effects are more pronounced in crystals, but the significant challenge of preparing single crystals with practical dimensions limits their use in photonic devices. An intriguing way to address this problem is the symbiosis between glass and magnetic crystals in a single material. The synthesis of new glass compositions, along with a deeper understanding of their formation chemistry, allows the development of compositions in which the formation of crystals within the glass phase can be controlled. Garnet-type crystals with the general formula TR3Ga5O12 (TRGG, where TR = rare earths) possess significant fundamental and technological properties. Among them, the most well-known compound is terbium gallium garnet (TGG), used as a magneto-optical crystal in devices for electromagnetic field detection, Faraday rotators, etc. In addition to Tb, the ions Gd, Ho, and Dy also exhibit magnetic properties. The growth of the TRGG crystalline phase within a glass matrix, without compromising optical properties, is a challenging task. The primary challenge is obtaining a homogeneous and transparent glass with active ions within the crystalline phase. This report describes the most significant results obtained to date, as well as the challenges encountered. During the period, glass-ceramics containing TRGG crystals (TR = Tb, Dy, Ho, Gd) were prepared, the growth of crystals under different conditions was explored, and their properties were investigated.