Curiale, Carlos, J. (2008) Nanohilos y nanotubos magnéticos : Preparación, caracterización microestructural y estudio de las propiedades eléctricas y magnéticas. / Magnetic nanowires and nanotubes. Synthesis, microstructural characterization and study of electrical and magnetic properties. Tesis Doctoral en Física, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
En los últimos veinte años, el descubrimiento de diversas e interesantes propiedades eléctricas y magnéticas en sistemas de baja dimensionalidad concentró la atención de gran parte de la comunidad científica. Han sido sintetizados y estudiados un sinnúmero de estructuras de las más variadas composiciones, desde nanohilos y nanotubos hasta películas delgadas y sistemas híbridos basados en diferentes compuestos, desde metales hasta óxidos binarios y ternarios de distintos tipos. En paralelo, resurgió el interés en los óxidos de manganeso con estructura tipo perovskita, entre otras cosas por la gran cantidad de atributos relacionados con el espín, la carga eléctrica y los orbitales atómicos. En este tipo de óxidos, comúnmente conocidos como manganitas, la interacción entre las propiedades termodinámicas, magnéticas, de transporte eléctrico, estructurales y mecánicas, da lugar a una física muy rica desde el punto de vista de la variedad de sus fenómenos y muy atractiva desde el punto de vista básico por la complejidad de sus características. Otro gran conjunto de óxidos muy estudiados es el de los cupratos, famoso entre otras cosas por encontrarse el fenómeno de la superconductividad en varios de sus componentes. En esta tesis doctoral combinamos dichos ingredientes, estudiando distintas características y propiedades físicas de nanoestructuras de este tipo de óxidos complejos. Describimos el proceso de síntesis que da lugar a nanotubos (nTs) y nanohilos (nHs) de La_0,66Sr_0,33MnO_3 (LSMO), La_0,66Ca_0,33MnO_3 (LCMO), La_0,325Pr_0,300Ca_0,375MnO_3 (LPCMO), La_1,85Sr_0,15CuO_4 (LSCuO) y LaMnO_3 (LMO). Luego, presentamos distintos tipos de estudios realizados con el fin de determinar cuáles son las relaciones entre las características morfológicas y magnéticas de estos compuestos al llevar sus dimensiones a escala nanométrica. Haciendo uso de las técnicas de microscopía electrónica de transmisión y barrido realizamos una exhaustiva caracterización morfológica. Mediante distintas técnicas de magnetización DC y resonancia ferromagnética determinamos que en todos los casos las propiedades magnéticas están gobernadas por la estructura granular. En particular, en las nanoestructuras ferromagnéticas de LSMO y LCMO los granos son monodominios magnéticos que interactúan débilmente y en forma dipolar. Observamos en forma directa e indirecta la presencia de una capa magnéticamente muerta que entre otras cosas ayuda a desacoplar magnéticamente los monodominios. Determinamos que la anisotropía de forma de los granos domina sobre la anisotropía magnetocristalina, y es un orden de magnitud mayor que la asociada a la forma tubular o cilíndrica. En los nTs de LPCMO se ensayaron dos variantes en el método de síntesis, lo cual nos ayudó a observar que las características microscópicas del contacto intergranular juegan un rol fundamental en las propiedades magnéticas. Además, en este caso presentamos resultados preliminares de transporte eléctrico en un único nT. Finalmente, discutimos algunas características morfológicas de los nTs de LMO con el objetivo de responder preguntas puntuales derivadas del estudio de las otras composiciones. Mostramos evidencias experimentales de que los nTs de LSCuO transicionan a un estado superconductor a baja temperatura transformándolos, según nuestro conocimiento, en los nanotubos superconductores granulares más pequeños de este tipo.
Resumen en inglés
In the last twenty years, the discovery of several interesting magnetic and electric properties of low-dimensional systems has focused the attention of a large part of the scientific community. A great amount of structures of the most varied compositions have been synthesized and studied, from nanowires and nanotubes to thin films and hybrid systems based on different compounds, from metals to binary or ternary oxides of different types. Parallel to this development, the interest in manganese oxides with perovskite structure has risen, due to the large amount of attributes associated with the spin, the electric charge and atomic orbitals. In this kind of oxides, commonly known as manganites, the interaction between the thermodynamic, magnetic, electronic, structural and mechanical properties leads to a rich and complex physics. These types of materials are very interesting and attractive from the basic research point of view due to the variety and complexity of the phenomena involved. Another large set of deeply studied oxides is that of the cuprates, famous for presenting the phenomenon of superconductivity in several compositions. In this PhD tesis we combine these ingredients, studying different characteristics and physical properties of nano-structures of this kind of complex oxides. We describe the synthesis process that leads to nanotubes (nTs) and nanowires (nHs) of La_0,66Sr_0,33MnO_3 (LSMO), La_0,66Ca_0,33MnO_3 (LCMO), La_0,325Pr_0,300Ca_0,375MnO_3 (LPCMO), La_1,85Sr_0,15CuO_4 (LSCuO) and LaMnO_3 (LMO). We then present different types of studies with the aim of determining which are the relationships between morphology and magnetic properties of these compounds when the size of the magnetic entities is reduced to the nanoscale range. Using transmission and scanning electron microscopy techniques we performed a comprehensive morphological characterization. Through different DC magnetization and ferromagnetic resonance techniques we determined that in all cases the magnetic properties are governed by the granular structure. In particular, in the ferromagnetic LSMO and LCMO nanostructured samples the grains are single magnetic domains that couple weakly through dipolar interactions. We note directly and indirectly the presence of a magnetically dead layer which, among other things, helps to decouple the single magnetic domains. We determined that the shape anisotropy of the grains dominates over the magnetocrystalline anisotropy, and is an order of magnitude greater than that associated with the tubular or cylindrical shape. The LPCMO nTs were synthesized by two different methods, which helped us to see that the microscopic characteristics of the intergranular contact play a fundamental role in the magnetic properties. Moreover, in this case we present preliminary results of resistivity in a single nT. Finally, we discuss some morphological characteristics of the LMO nTs with the aim of answering particular questions arising from the study of other compositions. We show experimental evidence that LSCuO nTs have a superconducting transition near the bulk related value. To our knowledge, these samples are among the smaller granular superconductor nanotubes of this type reported to date.
| Tipo de objeto: | Tesis (Tesis Doctoral en Física) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Nanotubes; Nanowires; Nanomagnetism; Manganites; Complex oxides; Magnetic interactions; Materials for spintronics |
| Materias: | Física > Nanotecnología Física > Electromagnetismo |
| Divisiones: | Investigación y aplicaciones no nucleares > Física > Resonancias magnéticas |
| Código ID: | 75 |
| Depositado Por: | Marisa G. Velazco Aldao |
| Depositado En: | 05 May 2010 14:10 |
| Última Modificación: | 05 May 2010 14:10 |
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