Descripción:
Este trabajo de investigación se centra en la síntesis y caracterización de LFO (LaFeO3)
con cobalto y níquel en sitios de hierro, con el propósito de inducir y modular el acoplamiento
magnetodieléctrico a temperatura ambiente. Se prepararon muestras con concentraciones
de Ni2+ en un rango de 0.1 a 0.5 mol (Δx=0.1) y con Co2+ en el rango de 0.025 a 0.1 mol
(Δx=0.025), mediante el método de síntesis molienda mecánica de alta energía asistido por
tratamiento térmico de recocido. El análisis de la estructura cristalina mediante difracción
de rayos X (DRX) y refinamiento Rietveld confirmó la formación de una fase ortorrómbica
única con grupo espacial Pnma, sin fases secundarias ni presencia de óxidos precursores,
mientras que simulaciones estructurales revelaron distorsiones octaédricas progresivas
asociadas a la sustitución y dopaje catiónico y, al procesamiento, particularmente al
tratamiento térmico.
Las propiedades magnéticas caracterizadas mediante magnetometría de muestra vibrante
(MMV) mostraron que la sustitución catiónica modifica el orden antiferromagnético de la
ferrita, induciendo ferromagnetismo. En el caso del Co2+, se obtuvo una magnetización
específica máxima de 1.24 emu/g para x=0.075, mientras que el Ni2+, por su parte, promovió
un cambio hacia un ferromagnetismo débil, atribuido tanto a la inclinación octaédrica (IO),
que corresponde a la rotación de las unidades octaédricas dentro de la estructura cristalina
(octahedral tilting* en inglés), como a la inclinación de espín (IE), fenómeno en el cual los
espines se desvían ligeramente de la coparalelidad, adoptando un pequeño ángulo
alrededor de su eje (spin canting* en inglés), y a la frustración de la cicloide magnética,
alcanzando una coercitividad máxima de 7565 Oe a 1200°C. El análisis microestructural
mediante microscopía electrónica de barrido (MEB) evidenció un aumento en el tamaño de
grano con cobalto y una densificación progresiva con níquel, correlacionada con mayor
estabilidad de dominios y reducción de la microdeformación.
En cuanto a las propiedades dieléctricas, las ferritas dopadas con cobalto mostraron una
disminución en la permitividad relativa y en el factor de disipación, atribuida a distorsiones
locales de la red, mientras que las ferritas con níquel exhibieron comportamiento
semiconductor con altos valores de permitividad conforme aumentaba la concentración,
asociado a la presencia de oxígeno adsorbido y a la oxidación parcial de Fe3+ a Fe4+
confirmada por XPS. La espectroscopía de impedancia reveló la existencia de acoplamiento
magnetodieléctrico en ambos sistemas, con un máximo para Co2+ en x=0.025 (variación de
I
la permitividad entre 70 y 26 en el rango de 50-1000 Hz) y una modulación térmica óptima
para Ni entre 900 y 1000°C, donde se equilibran el ancho de banda electrónico y la IO.
Los resultados confirman que la sustitución catiónica con Ni2+ y el dopaje con Co2+ en
LaFeO3 permite obtener materiales multiferroicos a temperatura ambiente, con propiedades
magnéticas y dieléctricas modulables mediante la concentración de dopante y el tratamiento
térmico. Estos hallazgos abren la posibilidad de ampliar el rango de aplicaciones
tecnológicas de las ferritas de lantano como en el ámbito de los sensores con sensores
magnetodieléctricos, que operen a temperatura ambiente, memorias multiferroicas con bajo
consumo de energía y alta densidad, dispositivos de microondas y telecomunicaciones que
deban tener la capacidad de ajustar la permeabilidad magnética y dieléctrica y en
actuadores y transductores magnetoeléctricos, así como, podrían proporcionar las bases
para el desarrollo de un modelo semiempírico que explique los mecanismos de coercitividad
y acoplamiento magnetodieléctrico en estos sistemas.