Parámetros cristalográficos, diagramas de fases y susceptibilidad magnética de los sistemas semiconductores magnéticos

Abstract

El presente trabajo de tesis doctoral es fundamentalmente experimental y está dedicado a la caracterización de los sistemas de aleaciones semiconductoras magnéticas Cu2Zn1-zFezGeSe4 y Cu2Zn1-zMnzGeSe4. Las muestras de los sistemas Cu2Zn1-zFezGeSe4 y Cu2Zn1-zMnzGeSe4 fueron preparadas usando la conocida técnica de fundición y recocido. Sin embargo, fue de interés indagar un poco más sobre el método de crecimiento de materiales cuaternarios con iones de Fe2+. Entonces, se introdujo una variante en el método de producción de los materiales. De tal forma que, varios especímenes del sistema Cu2Zn1-zFezGeSe4 fueron preparados de nuevo mediante la usual técnica de síntesis y recocido anterior, seguidamente las muestras así obtenidas fueron pulverizadas, ligeramente comprimidas, refundidas y una vez más recocidas. Los materiales fueron caracterizados mediante tres (3) técnicas Experimentales: i) difracción de rayos x en forma de polvo a temperatura ambiente, ii) análisis térmico diferencial (ATD) y iii) medidas de susceptibilidad magnética X en función de la temperatura T entre 2 K Y300 K. Los patrones de difracción de rayos-x mostraron que la aleación Cu2Zn1-zFezGeSe4 presenta, a temperatura ambiente y en todo el rango de Composición, una solución sólida a con estructura tetragonal tipo estannita (142m). Para cada composición z se determinaron los valores de los parámetros de la red a y c.

En relación al sistema Cu2Zn1-zMnzGeSe4, los resultados de difracción de rayos-X revelaron que, a temperatura ambiente, existen tres regiones bien diferenciadas estructuralmente. En la primera, comprendida entre O<Z<0.375, la estructura es tetragonal estannita a grupo espacial 142m. En la segunda región, comprendida entre 0.725<z<1.00, la estructura es ortorrómbica del tipo wurtz estannita ó con grupo espacial Pmm2, y en la región intermedia, entre 0.375<z<0.725, coexisten ambas fases (a + ó) con probables trazas de MnSe2. Los parámetros tetragonales (a y c) y los ortorrómbicos (a, b y c) fueron estimados para cada composición z investigada. A partir de las medidas de análisis térmico diferencial (ATD) se postularon los diagramas de fases de cada sistema, lo primero que se observa de estos es la similitud que existe entre los dos en las regiones comprendidas entre O<Z<0.375; esto se debe al hecho de que el extremo z=0.00, CU2ZnGeSe4, es común a ambos sistemas. También, se observa de las medidas de ATD que este compuesto funde incongruentemente. En ambos sistemas y para altas concentraciones en z se detectó el efecto de sobre enfriamiento lo que dificultó determinar el tipo de fusión de las muestras en esta región. Utilizando el criterio de la temperatura de fusión propuesto por F. Lindemann junto con los valores resultantes de los parámetros cristalinos, así como también los de análisis térmico diferencial (ATD) se estimaron valores iniciales de la temperatura de Debye So y la velocidad del sonido vs en el material. Se ejecutaron medidas de susceptibilidad magnética X versus temperatura T En el rango entre 2 K y 300 K en Cu2Zn1-zFezGeSe4 y Cu2Zn1-zMnzGeSe4. Los resultados magnéticos permitieron determinar los tipos de interacción entre los iones magnéticos, así como también valores de los parámetros magnéticos tales como: temperatura de transición TN, temperatura de Curie-Weiss 0, constante de Curie C.