Resumo: Os materiais multiferroicos vêm ganhando muita atenção nos meios acadêmicos e empresariais devido às suas possibilidades de aplicação e os seus desafios no campo da ciência básica. Dentre os multiferroicos destaca-se o BiFeO3 por apresentar transições ferroelétrica e antiferromagnética em altas temperaturas. Apesar de centenas de artigos publicados nos últimos anos sobre o BiFeO3, os resultados com relação a estrutura cristalina deste material continuam sendo bastante conflitantes. Neste trabalho foi realizado um estudo para se descrever a estrutura cristalina do material multiferroico BiFeO3. Para isso foram utilizadas duas amostras preparadas por rotas diferentes: moagem de altas energias e método sol-gel. Difratogramas de raios X de alta resolução foram obtidos para ambas as amostras na linha de difração de pó, XPD do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, Brasil. Foi realizada uma pesquisa sistemática sobre o tipo estrutura mais estável para o BiFeO3 testando vários grupos espaciais. Destes ajustes foram obtidos os modelos estruturais utilizando as simetrias romboedral (grupos espaciais R3c), monoclínica (grupo espacial Cc) e um modelo de coexistência das duas fases. Com estes modelos foram realizados refinamentos estruturais com as posições atômicas utilizando o método de Rietveld. Os refinamentos utilizaram dois modelos para o fator de deslocamento atômico: isotrópico e anisotrópico. Com os resultados alcançadas confirmamos que o composto BiFeO3 pode ser representado pelo grupo espacial monoclínico Cc ou, pelo menos, uma coexistência dos grupos espaciais R3c e Cc. Ainda, está dissertação é o primeiro trabalho a descrever com todos os detalhes cristalográficos a simetria monoclínica Cc para o BiFeO3. Por fim, realizamos uma análise de como as densidades eletrônicas se modificam utilizando os três modelos aplicando o método da máxima entropia para densidades eletrônicas.
Abstract: Multiferroic materials have attracted much attention in the academic and business due to their application possibilities and challenges in the field of basic science. Among the multiferroics, BiFeO3 stands out due to its ferroelectric and antiferromagnetic transitions at high temperatures. Despite of having hundreds of articles published in recent years on the BiFeO3, the results regarding the crystal structure of this material are still quite conflicting. In this work, a study was conducted to describe the crystal structure of BiFeO3. For this we used two samples prepared by different routes: high-energy ball milling and sol-gel method. High resolution X-ray diffraction patterns were obtained for both samples at X-ray powder diffraction beam line XPD line of the Brasilian Synchrotron Light Laboratory, Brazil. We performed a systematic study on the most stable structure for BiFeO3 testing various space groups. From these fits were obtained structural models using symmetries rhombohedral (space group R3c), monoclinic (space group Cc) and a model of coexistence of the two phases. With these models, structural refinements were performed by using the Rietveld method. The refinements had used two models for the atomic displacement factor: isotropic and anisotropic. By analyzing the achieved results, we confirmed that the compound BiFeO3 can be described by the monoclinic space group Cc or at least by the coexistence of R3c and Cc space groups. Further, our work is the first study to describe full crystallographic details of the monoclinic symmetry Cc for BiFeO3 compound. Finally, we performed an analysis of how the electronic densities are modified using the three models by applying the maximum entropy method. |
