lunes, 28 de junio de 2010

Mediciones del perfil de absorción de potencia a microondas en materiales ferroeléctricos


Una técnica de gran importancia es el perfil de absorción
de potencia a microondas en función de la temperatura; la
cual establece los tipos de dependencias funcionales de
absorción que indican discontinuidades, puntos
característicos, y los mecanismos de absorción de energía
electromagnética presentes. En algunos trabajos se
establece que esta señal es debida principalmente a: (1) la
interacción de las microondas con los dipolos magnéticos o
eléctricos esta señal se
origina por cambios en el comportamiento de la resistencia
del material a frecuencias de microondas.
El perfil de absorción no-resonante de microondas como
función de la temperatura, experimentalmente denominada
MAMMAS (Magnetically Modulated Microwave
Absorption Spectroscopy), es una técnica sin contactos, no
destructiva y altamente sensitiva, que ha sido empleada con
éxito en la detección de transiciones superconductoras
Recientes estudios muestran que materiales no
superconductores presentan el perfil MAMMAS ;
esta técnica ha sido empleada además para detectar
transiciones magnéticas. En la actualidad se esta
desarrollando lentamente una comprensión microscópica
de los procesos de absorción de energía a microondas que
participan.
El perfil de absorción a microondas de un material
ferroeléctrico es debido principalmente a la presencia de
dipolos eléctricos, inducidos por su estructura cristalina, los
cuales pueden seguir al campo de microondas tomando así
energía del campo oscilante y originando una absorción; el
movimiento de los dipolos es restringido o disipativo, así,
para continuar su movimiento deben de seguir absorbiendo
energía del campo de microondas.
Al aumentar la temperatura de estos materiales se
incrementa la excitación térmica, en consecuencia los
dipolos eléctricos absorben todavía aun más energía de las

microondas pues tienen más libertad para moverse; al
llegar a la temperatura de Curie (T
c) desaparecen estos
dipolos eléctricos y disminuye la absorción drásticamente.
Además, al enfriar estos materiales disminuyen los fonones
térmicamente excitados, teniendo menor movilidad los
dipolos, y por tanto se espera una disminución de la
absorción de microondas.
Todo sistema ferroeléctrico que presente en su estructura
un átomo magnético (por ejemplo Fe y Mn), ya sea en
forma estructural o por dopaje, va a presentar un perfil de
absorción muy distinta en comparación a un material sin
componente magnética; debido a que los espines
electrónicos y nucleares absorben por separado, además de
que interactúan a través del acoplamiento hiperfino. La
componente de absorción magnética de los ferroeléctricos
aunque muchas veces es débil, en otros sistemas como el
Pb
1-xEuxTi1-yMnyO no puede ignorarse. En un material
ferroeléctrico que contenga momentos magnéticos, estos
serán otros centros de absorción de microondas; debido a
que los momentos magnéticos también interaccionan con el
campo de microondas extrayendo de él energía. Se espera
que la absorción paramagnética de microondas refleje un
comportamiento de acuerdo con el factor de Boltzmann de
las poblaciones de los niveles energéticos, esto es, aumente
(disminuya) la absorción al disminuir (incrementarse) la
temperatura del material en el factor e
(-E/kT); con E la
energía y k la constante de Boltzmann.
Si el material presenta un ordenamiento magnético
(ferromagnético o antiferromagnético) la dinámica de los
momentos magnéticos cambia y se vuelve más compleja;
en particular, en el orden ferromagnético la absorción de
microondas aumenta considerablemente respecto al caso
paramagnético.
Por otra parte, es bien conocido que el ordenamiento
magnético se origina por la interacción de intercambio
entre los espines electrónicos, mientras que el
ordenamiento ferroeléctrico esta dado por la interacción
electrostática clásica de dipolos anclados en la red
cristalina . Los materiales en donde coexiste

simultáneamente el ordenamiento ferroeléctrico y
magnético se denominan ferroelectromagnetos o
magnetoferroeléctricos, como son los casos de YMnO
3
 y Pb(Fe
1/2Nb1/2)O3 . El ordenamiento magnético
de los iones Fe
+3 en el PFN es debido a que la estructura
perovskita presenta la condición de que los ángulos en las
cadenas Fe-O-Fe son cercanos o iguales a 180º, facilitando
el ordenamiento magnético mediante una interacción de
intercambio indirecta entre los iones de Fe a través de los
iones de O . Adicionalmente, el ordenamiento
magnético de los iones Mn
+3 en el YM, es una típica
configuración de un material antiferromagnético triangular
debido a su estructura hexagonal .
En esta investigación se obtiene y estudia el perfil
MAMMAS en los materiales ferroeléctricos en polvo
BaTiO
3 (BT) y PbTiO3 (PT) en las regiones de temperatura
de 293-510 K y/o 289-77 K, y en los
magnetoferroeléctricos en polvo YMnO
3 (YM) y
Pb(Fe
1/2Nb1/2)O3 (PFN) en los mismos intervalos de
temperatura. Los perfiles de absorción de potencia son
discutidos, resaltando sus principales características y
diferencias originadas por sus propiedades magnéticaseléctricas;
proponiendo rasgos distintivos asociados a la
absorción de microondas por dipolos eléctricos, que se
diferencian de la absorción por dipolos magnéticos.
Marbelis Moreno
EES
Seccion:02

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