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Estudio de las propiedades magnéticas en multicapas de hierro y titanio con acoplamiento antiferromagnético
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2024) Yactayo Yaranga, Melissa Sonia; Quispe Marcatoma, Justiniano
Esta investigación estudia las propiedades estructurales, morfológicas, magnéticas (estáticas y dinámicas) de multicapas de hierro titanio acopladas antiferromagneticamente. Para ello se sintetizaron dos familias de muestras por pulverización catódica (magnetron sputtering) con condiciones de crecimiento similares para ambas familias, diferenciándose en la variación del espesor de la capa no magnética. Además, estudia la mejora de la constante de acoplamiento de intercambio intercapa entre estas dos series al aumentar el número de apilamientos. Se realizaron caracterizaciones estructurales, morfológicas, magnéticas tanto estáticas como dinámicas mediante difracción de rayos X, reflectividad de rayos X, microscopia electrónica de transmisión, magnetometría SQUID y resonancia ferromagnética, respectivamente. Los resultados obtenidos por difracción de rayos X permitieron identificar la presencia de la ´ fase cristalina del hierro orientada en la dirección (110). A partir de los resultados obtenidos por reflectividad de rayos X, se estudiaron los espesores experimentales de la multicapa. Por otro lado, microscopía electrónica de transmisión, permitió la identificación experimental de los espesores individuales de cada capa, encontrando una variación respecto a los valores nominales, debido al grado de Inter difusión entre los materiales. Mediante la técnica EELS (complementaria a TEM) se obtuvo información composicional de los elementos presentes en la superred, identificando hierro, titanio y adicionalmente la difusión del oxígeno actuando como contaminante en las muestras. A partir del patrón de difracción de electrones, se identificaron las distancias inter-planares características de un hierro cubico de cuerpo centrado, acorde a los resultados obtenidos por difracción de rayos X. La caracterización magnética se realizó mediante magnetometría SQUID, se identificó los lazos de histéresis de dos pasos características de un sistema acoplado antiferromagneticamente (SAF), determinándose la constante de intercambio Inter capa, con valores máximos de −0.065 erg/cm2 y −0.046 erg/cm2 para las series 1 y 2, respectivamente. Además, se determinó una reducción en la magnetización de saturación, esta disminución de la magnetización podría estar asociada a capas magnéticamente muertas de 1 nm y 1.4 nm generadas en las interfaces en la serie 1 y serie 2, respectivamente. Las propiedades dinámicas se estudiaron por resonancia ferromagnética hallándose las constantes de anisotropía superficial y volumétrica, indicando esta ultima una orientación preferente al plano de la película, acorde a los resultados obtenidos mediante magnetometría SQUID. Además, se determinó la anisotropía superficial o de interface (perpendicular al plano de la película), así como el espesor crítico en el cual la magnetización dejara de tener una orientación preferente al plano de la película. A partir de la fórmula de Kittel, se determinó el valor de la constante de amortiguamiento de Gilbert (damping), encontrándose ´ valores en el orden de 10−2, típicos de materiales ferromagnéticos
Síntesis y caracterización de magnetita nanoestructurada
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2018) Yactayo Yaranga, Melissa Sonia; Quispe Marcatoma, Justiniano
Realiza un estudio sobre la síntesis de nanopartículas de magnetita haciendo uso de la técnica de molienda mecánica en una atmósfera controlada de gas argón. El interés actual por estas nanopartículas proviene principalmente por las propiedades físicas de su núcleo magnético, que le brinda potenciales aplicaciones en el campo de la medicina, así como en la remediación de aguas residuales, encontrando importantes aplicaciones biomédicas como catálisis, ferrofluídos, agente de contraste para imágenes de resonancia magnética, transporte de fármacos y en la remediación de aguas como absorvedor en la retención de metales pesados. El proceso de molienda mecánica se realizó durante un tiempo de 90 h, en el cual se fueron extrayendo pequeñas cantidades de muestra, de aproximadamente 100 mg, en intervalos regulares de tiempo. Estas muestras fueron caracterizadas estructural, magnética y elementalmente mediante las técnicas de difracción de rayos X (DRX), espectroscopia Mössbauer (EM), magnetometría de muestra vibrante (MMV), magnetometría a bajas temperaturas con campo (FC) y sin campo magnético (ZFC) y fluorescencia de rayos X (FRX). Se estudió el proceso de síntesis en función al tiempo de molienda. Los resultados de difracción de rayos X permitieron identificar las fases presentes en el proceso de síntesis, donde se verifica la disminución de la fase inicial de hierro y el aumento de una fase asociada a la magnetita, con respecto al tiempo de molienda. Se realizó el refinamiento Rietveld, el cual permitió cuantificar la variación de fases, teniendo solamente la presencia de magnetita a partir de las 85 h de molienda. El tamaño calculado de la fase de magnetita para las 90 h de molienda fue de aproximadamente 22 nm. Para complementar este estudio se determinó el cambio de la estructura a partir de la variación del parámetro de red. En el análisis de los espectros Mössbauer se reconoció estos cambios estructurales en la variación de los parámetros hiperfinos para ambas fases. Además se cuantificó el porcentaje de área para las fases presentes y se comparó con los porcentajes de fases, obtenidos mediante el refinamiento Rietveld. Estos cálculos permitieron cuantificar la estequiometria de la magnetita en función al tiempo de molienda. Los resultados mostraron que a partir de las 90 horas de molienda se alcanzó una estequiometria próxima a la ideal de la magnetita. En las medidas magnéticas se verificó la coexistencia de fases (hierro y magnetita) durante el proceso de molienda, notándose una disminución en la magnetización de saturación de 208 emu/g a 74 emu/g, desde 10 h hasta 90 h de molienda, respectivamente. De las curvas de magnetización a bajas temperaturas sin campo magnético (ZFC), se observó un cambio en su magnetización específica a una temperatura alrededor de 118 K, correspondiente a la denominada transición de Verwey, característico en la magnetita. Considerando que para una magnetita estequiométrica debería de obtenerse un valor de 122 K, acorde a la literatura. Por otro lado se realizó el análisis elemental por fluorescencia de rayos X, para determinar la presencia de contaminantes en la muestra.