Efecto del dopaje con cromo en las propiedades eléctricas y magnéticas de muestras policristalinas de KNbO3

Abstract

En este trabajo de investigación se sintetizó el material policristalino KNb1-xCrxO3 (x = 0.00, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04 y 0.05) por el método de reacción de estado sólido a partir de óxidos precursores de alta pureza tales como: K2CO3 (99.997%), Nb2O5 (99.9985%) y Co3O4 (99.97%). Estos compuestos fueron macerados durante 2 h en un mortero de ágata según la relación estequiométrica para cada concentración y sometidos a un tratamiento térmico con rampas de calentamiento y enfriamiento de 3 °C/min, hasta alcanzar y mantenerse a temperaturas de 600 °C por 4 h y 900 °C por 6 h. Durante el proceso de fabricación para obtener muestras en pastillas, se utilizó un troquel de 5 mm de diámetro, se aplicó durante 1 min presiones de 3 Ton para cada pastilla y posteriormente fueron sometidas a un nuevo proceso térmico que favoreciera las características mecánicas de cada muestra. La caracterización estructural del material policristalino se realizó por difracción de rayos X (DRX), con el fin de corroborar la estructura y fase cristalina del material sintetizado. Para las composiciones de x = 0.00, 0.01, 0.02 y 0.03 se encontró una única fase, pero para x = 0.04 y 0.05 se presentó una fase secundaria. Por otro lado, los DRX fueron utilizados para obtener los parámetros de red a partir del refinamiento Rietveld. La morfología y composición química se analizaron por medio de microscopía electrónica de barrido. Las propiedades eléctricas se estudiaron mediante medidas de Polarización Eléctrica en función del Campo Eléctrico aplicado. Las medidas de magnetización en función del Campo Magnético revelan el carácter paramagnético del KNbO3 y la aparición de un débil ferromagnetismo en las muestras dopadas. Teniendo en cuenta los resultados, los niveles de dopaje superiores a x = 0.04 no mejoran el ferromagnetismo en el material dopado y probablemente el límite de solubilidad de los iones de cromo en esta red cristalina es inferior a esta concentración. Por último, se realizaron medidas de Polarización Eléctrica en función del Campo magnético a temperatura ambiente, con campos eléctricos de hasta 25 kV/cm, frecuencia de 100 Hz y variaciones de campo magnético estáticos de 0.2, 0.4, 0.6 y 0.8 T. La mayor fuerza de acople magnetoeléctrico directo se encontró en x = 0.03 con un valor de 15.2% aproximadamente.