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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA ANTONIO JOSE DE SUCRE VICE RECTORADO DE BARQUISIMETO

METALURGIA FISICA 2

BARQUISIMETO, JULIO DE 2019

ANALISIS SOBRE EL ARTICULO TITULADO, “PROPIEDADES MAGNETICAS Y ESTRUCTURALES DE ALEACIONES Tb0.257xNdxFe0.743, CON X = 0.1285”, DE LA REVISTA COLOMBIANA DE FISICA RCF.

ESTUDIANTE: JOSE ROMAN C.I.: 20157948

INTRODUCCION Las propiedades magnéticas, mecánicas y metalúrgicas de un material pueden variar o cambiar dependiendo de la estructura de este y del comportamiento a nivel micro estructural que esté presente en relación a las variables que influyen de forma natural en el desarrollo de sus potencialidades o características; Estas variables son, por ejemplo: La temperatura, fuerzas aplicadas, absorbancia de luz, remanencia magnética etc. Las aleaciones de metales de transición y tierras raras no son ajenas a estas características la coercitividad de estas aleaciones depende directamente de la temperatura debido a que los momentos magnéticos de las tierras raras y los metales de transición apuntan en sentidos contrarios, ocasionándose de esta forma una competición entre ellos, a bajas temperaturas la dirección de esta magnetización está dada por la de las tierras raras y a temperaturas mayores está gobernada por los metales de transición; estos momentos magnéticos se equilibran de manera exacta en un punto de compensación dejando el material sin ninguna magnetización produciendo una alta coercitividad, necesitando un enorme campo magnético para invertir la dirección de la magnetización. Esta clase de aleaciones son utilizadas por ser los únicos materiales que presentan al mismo tiempo una anisotropía uniaxial significativa con el eje perpendicular al plano de películas delgadas y una estructura amorfa ferrimagnética. La aleación Tb-Nd-Fe gracias a su amorficidad presenta cierto grado de no homogeneidad de sus propiedades magnéticas lo que representa una Anisotropía Magnética Perpendicular, así que dependen de la dirección en que se midan. Para tal fin se aplican técnicas de laboratorio como lo es el aleamiento mecánico, espectroscopia Mössbauer y difractometria de rayos x que permitan predecir algún comportamiento en las propiedades.

ANALISIS El efecto de combinar elementos de las tierras raras TR con los metales de transición MT para formar una aleación tiene consecuencias distintas en el magnetismo de cada especie atómica. Los electrones 4f responsables del magnetismo en la TR están localizados en las capas profundas del átomo, por lo que su momento magnético no cambia apreciablemente cuando se combinan con otros metales. En cambio, los electrones 3d de los metales de transición MT son itinerantes y ocupan bandas de energía estrecha; la aleación de estos elementos con otros metales provoca importantes cambios en la magnitud de los momentos magnéticos 3d. La razón de la superioridad de los imanes de TR-MT radica en su elevada energía de anisotropía, lo que confiere a esta propiedad un enorme interés. Si además es posible lograr energías magneto cristalinas del orden de las que se tienen en la fase cristalina, incluso en una fase amorfa, de fabricación mucho más sencilla y económica son una buena razón para comprender la importancia del estudio de este tipo de materiales. Esencialmente la anisotropía magneto cristalina es un efecto combinado de la interacción spin orbita y la energía electrostática del campo cristalino. su principal contribución vendrá de los electrones 4f de las tierras raras, caracterizados por un fuerte acoplamiento espín orbita que les otorga importantes momentos orbitales susceptibles de percibir con gran intensidad de campo electrostático de su entorno. No obstante, la reducción de la simetría en torno al MT puede también tener notables efectos de cara a alterar su quenching orbital a causa del campo cristalino, resultando también en ciertos casos en contribuciones a la anisotropía magnética. Partiendo del principio de que tenemos un material que carece de orden cristalino en su estructura ya que es un material amorfo que por definición no tienen orden de largo alcance, debemos tener en cuenta que el estudio de las propiedades no depende de la dirección según la cual se hace la medición; El estudio y caracterización de los amorfos no es una tarea sencilla, dado que su estructura atómica es particularmente compleja y depende de su origen. Hay que resaltar que las propiedades magnéticas son extremadamente sensibles al entorno local de los átomos y, por ende, a las condiciones del depósito entre otros factores. como las propiedades magnéticas son más sensibles a la estructura atómica local que a un orden de largo alcance entonces se puede esperar un cierto orden de corto alcance que puede ser anisotropico, teniendo así una anisotropía magnética perpendicular la cual se podría detectar en películas delgadas mediante procesos experimentales refiriéndose a la lámina delgada para designar

aquellos materiales en los que su espesor es muy reducido (menor que unos pocos cientos de nanómetros) en comparación con el largo y el ancho (del orden de los milímetros) en el caso de los materiales magnéticos el interés de su estudio radica en general en que su baja dimensionalidad en la dirección perpendicular al sustrato no permite la formación de dominios magnéticos a través del espesor , por lo que presentan nuevos comportamientos magnéticos que no se encuentran en los materiales masivos . Entonces hay propiedades magnéticas que se pueden modificar. Por lo que representa al origen de la anisotropía magnética perpendicular (PMA) en láminas amorfas de TR-MT, esta sigue siendo una cuestión controvertida, y ha sido atribuida, a causa de lo más diversas: -

Ordenamiento de pares. Crecimiento de microestructura columnares. Tensiones entre laminas y el sustrato. Anisotropía en la interacción de canje. Anisotropía en la orientación de los enlaces. Anisotropía single ion de la TR en el seno del campo molecular determinado por el canje 3d- 4f, formación de estructuras seudo cristalinas entre otros.

Cuando la TR tiene un momento orbital no nulo, el modelo single ion es el que parece lograr mayor ratificación en base a las medidas de imanación. Por otra parte, los modelos de orientación de pares, han obtenido verificación experimental mediante espectroscopia de EXAFS (extended x- ray absortion fine structure). Los procesos experimentales que se aplican con el fin de conocer los diferentes tipos de anisotropías de la estructura son: Aleamiento mecánico, Espectrometría Mossbauer y Difracción de rayos x. ALEAMIENTO MECÁNICO

El AM es una técnica de estado sólido en la que se mezclan polvos para producir gran variedad de materiales con nuevas propiedades llamados nuevos materiales, que en la mayoría de los casos presentan mejores propiedades físicas que los materiales convencionales. Estos materiales son apetecidos por su uso comercial por lo que presentan gran interés científico. En este proceso se involucra la soldadura y fractura de las partículas en forma alternativa. La mezcla de polvos generalmente se realiza en un molino de bolas de alta energía. Para el AM existen diferentes tipos de molinos, que difieren en su capacidad, eficiencia,

aditamentos adicionales para enfriamiento, calentamiento, etc. El AM se inicia con la mezcla de polvos en la proporción indicada para obtener la estequiometria deseada, luego se carga la mezcla de polvos en los jarros de acero inoxidable del molino junto con los cuerpos moledores (generalmente bolas de acero inoxidable), y por último se muele el tiempo necesario según sean las necesidades. Los polvos comerciales usados en el AM son de alta pureza. Algunas variables en el proceso de AM tienen un efecto importante en la constitución final de los polvos, estas variables pueden ser: tipo de molino, contenedor de la molienda (Jarro, Cilindro, etc.), velocidad, tiempo de la molienda, razón en peso bolas/polvo, volumen ocupado en los jarros, atmósfera de la molienda, temperatura, entre otros.

MOLINO PLANETARIO El molino planetario es el más usado en el AM, su nombre se debe a su geometría ya que consta de jarros que giran de manera similar a como lo hacen los planetas. Los jarros cilíndricos que giran alrededor de su propio eje, se encuentran situados en un disco que gira en sentido contrario a ellos. Las altas velocidades angulares de los jarros y del disco producen fuerzas centrifugas que actúan sobre los contenidos de los jarros, los cuales consisten del material a moler y las bolas moledoras, generando en ellos colisiones en las que se libera gran cantidad de energía produciendo así aleaciones de polvos muy finos.

Molino planetario usado en AM

Corte transversal de uno de los jarros

ESPECTROMETRÍA MÖSSBAUER El efecto Mössbauer es el fenómeno que consiste en la emisión y absorción resonante de fotones gamma, por parte de los núcleos, sin pérdida de energía por retroceso, es decir, que en el momento de la emisión y de la absorción de fotones no se excitan modos fotónicos de las dos redes, lo cual se denomina proceso cero-fotón. Para que en un proceso exista absorción resonante se debe tener la condición que los núcleos emisores y absorbedores sean idénticos, sin embargo, solo con esta condición no es posible obtener una buena absorción, debido a que en los núcleos absorbedores existen ciertas interacciones que le permiten a estos absorber rayos gamma con diferentes valores de energía. Para remediar este problema y tener una buena medida de la absorción, que es quien da cuenta de las interacciones nucleares, se hace oscilar la fuente (núcleos emisores) unidimensionalmente con una velocidad v que depende del tiempo. La EM está basada en el efecto Mössbauer. Un espectro Mössbauer es la gráfica de la intensidad de los fotones gamma transmitidos (o de electrones de conversión interna) provenientes de la muestra, como función de la velocidad de la fuente emisora (energía del rayo gamma emitida). Las medidas con esta técnica pueden hacerse en dos modalidades, espectrometría Mössbauer de transmisión (EMT), en la que se detectan los fotones que atraviesan la muestra; y espectrometría Mössbauer de electrones de conversión (EMEC), en la que se detectan los electrones de conversión interna provenientes de la muestra debido a su excitación por los fotones gamma provenientes de la misma. La EMT es una técnica para el estudio de materiales en todo su volumen, mientras que la EMEC se usa solo para el estudio de superficies. DIFRACCIÓN DE RAYOS-X Los rayos-x son una forma de radiación electromagnética de alta energía (E ~ 1 KeV - 10 KeV) y pequeña longitud de onda (λ ~ 10-10 m), los cuales deben su a transiciones electrónicas en las capas internas del átomo. La difracción de rayos-x en 30 sólidos revela abundante información sobre la estructura del material, por ejemplo, por DRX se puede determinar si un material es amorfo o cristalino, que tipo de estructura cristalina presenta, el tamaño de cristalito de la estructura, entre otras propiedades estructurales. De aquí su importancia en el estudio de materiales en estado sólido.

Ley de Bragg. La DRX se basa en el fenómeno de interferencia constructiva de dichos rayos en una determinada dirección del espacio. La difracción puede existir cuando los rayos-x monocromáticos inciden en una sustancia cristalina, ya que en este tipo de sustancias el ordenamiento atómico es tal que los átomos se sitúan en diferentes planos sucesivos los cuales permiten que los rayos se reflejen e interfieran posteriormente en cierta dirección de manera constructiva. Resultados A partir de los resultados experimentales surgen conclusiones sobre las propiedades de la aleación las cuales se basan en diferencias encontradas con relación a las direcciones relativas a la película, ejemplo, paralela, perpendicular, especificándose anisotropía en la posición de los átomos y no en su identificación química. Donde tenemos una fase de Fe y una fase amorfa para el resultado por RX que se debe a la interacción del campo eléctrico de la radiación con los electrones de los átomos del material, originándose una dispersión o scattering que en el caso de estructuras periódicas da lugar a la aparición de picos de intensidad o ciertos ángulos de incidencia. Estos ángulos responden a la condición de interferencia constructiva de las ondas que difunden todos los átomos. Para el espectro mossbauer a temperatura ambiente y a 77 K y con campo y sin campo el espectro se ajustó con dos componentes que fueron mayoritarias: un doblete ancho (33%), y una distribución de campo hiperfino ( 64%). Si se compara esto con los resultados de rayos x, estas componentes se podrían asociar a una fase a base de Fe desordenada que presenta tres sitios: Uno ferromagnético que corresponde a la distribución de campo hiperfino. Dos paramagnético que corresponden al doblete minoritario. A 77 K hay una distribución de campo hiperfino HFD y un doblete ancho asociado Fe, y una fase amorfa basada al hierro que presenta sitios ferromagnéticos HFD, paramagnéticos y asimétricos respectivamente. A partir de allí se puede concluir que el material tiene fases amorfas (desordenadas) a base de hierro que presentan sitios ferromagnéticos asociados con la distribución de

campo hiperfino HFD la cual es mayoritaria desde un 64% hasta un 92% dependiendo de la temperatura y dos paramagnéticos asociados con los dobletes.

Fig.: espectro de Rx Se percata la presencia de una fase amorfa desordenada que posee un sitio ferromagnético y dos paramagnéticos .

Fig.2 espectro mossbauer obtenido a temp. Ambiente y a 77k.