Estudo das propriedades estruturais, ópticas e magnéticas de nanopartículas de MxZn1-xO(M = Co, Eu e Ho)

Abstract

Este trabalho dedica-se ao estudo das propriedades ópticas, estruturais e magnéticas de nanopartículas de MxZn1-xO (M = Co, Eu e Ho) com 0,000 ≤ x ≤ 0,100. As amostras foram sintetizadas pelo método da solução de combustão (SCM) e caracterizadas por difração de raiosX (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios-X por dispersão de energia (EDS), ressonância paramagnética eletrônica (EPR), magnetometria e espectroscopias Raman e fotoacústicas. Os padrões de DRX e os espectros Raman indicaram a formação da estrutura ZnO wurtzita hexagonal (grupo espacial C4 6V) em todos os conjuntos de amostras. A espectroscopia Raman, assim como os dados de EPR e de espectroscopia fotoacústica, confirmaram a presença de duas fases (wurtzita e Co3O4) nas amostras de CoxZn1- xO. Além do mais, dados de DRX evidenciaram a formação das fases Eu2O3, Eu2O2CN2 e Ho2O3 nas amostras EuxZn1-xO e HoxZn1-xO, respectivamente. Medidas de magnetização indicaram a presença de ordenamento magnético de longo alcance, a temperatura ambiente, nas amostras de CoxZn1-xO, inclusive para x = 0,000. No entanto, foi verificado que a componente ferromagnética das amostras com x = 0,000 é pelo menos vinte vezes menor que a magnetização de saturação da amostra Co0,100Zn0,900O. Análises das curvas de magnetização em diferentes temperaturas mostraram que o ferromagnetismo nas amostras com x  0,000 é resultante da formação de pequenas inclusões de Co-metálico, com raio estimado de aproximadamente 4,8 nm e temperatura de bloqueio de ~595 K. Em complemento, medidas de espectroscopia Raman evidenciaram a presença de modos vibracionais adicionais (AMs) com energias e intensidades similares aos encontrados em espectros Raman de amostras de ZnO dopadas com nitrogênio. Resultados referentes ao tratamento térmico das NPs de MxZn1-xO em diferentes condições (diferentes temperaturas e em atmosfera de ar, fluxo de N2 ou fluxo de He) mostraram-se consistentes com a formação de impurezas de N na estrutura do ZnO. Além do mais, o fato das intensidades dos AMs apresentarem uma relação de dependência com o teor de átomos de Eu ou Ho presentes na estrutura cristalina do ZnO sugere que estes elementos aumentam a solubilidade do nitrogênio no óxido de zinco. Por fim, os resultados pós-tratamento térmico demonstram que a origem do modo adicional em ~510 cm-1 não pode ser explicada levando-se em conta a existência de complexos de Zni-Oi, como é proposto atualmente na literatura. De fato, os dados aqui apresentados sugerem que os AMs são modos Raman ativados por desordem, promovidos pela presença de N.