Publicação: Sínteses, caracterizações e estudo de propriedades físicas de nanocristais de ZnO dopados com íons metais de transição
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
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Silva, Anielle Christine Almeida
Resumo
Óxido de zinco (ZnO) é um semicondutor que possui diversas propriedades físicas interessantes, que podem ser modificadas ou melhoradas a depender do metal de transição (MT) incorporado em sua estrutura cristalina. Quando dopado, esse material é chamado de semicondutor magnético diluído e suas propriedades se devem à forte interação de troca sp-d entre os portadores de carga dos nanocristais (NCs) e os elétrons desemparelhados do MT. Neste trabalho, foi investigado o efeito da concentração de Mn e Co nas propriedades físicas de NCs de ZnO, sintetizados pelo método de precipitação química via solução aquosa. Essas propriedades foram investigadas por espectroscopia Raman, difração de raios-X (DRX), espectroscopia de absorção óptica (AO), fluorescência (FL) e ressonância paramagnética eletrônica (RPE). Para investigar a incorporação dos íons na estrutura cristalina do ZnO, foram utilizados refinamento Rietveld nos dados de DRX, teoria do campo cristalino (TCC) nos espectros de AO e resultados de RPE. Os resultados mostraram que é possível controlar as propriedades de NCs de ZnO, Zn1-xMnxO, Zn1-xMnxO/ZnMn2O4 e Zn1-xCoxO/ZnCo2O4 a partir da variação da concentração de dopante. Acredita-se que esses resultados possam despertar grande interesse na comunidade científica, quanto à síntese e processamento de materiais a partir da metodologia adotada neste trabalho, contribuindo para o entendimento das propriedades de nanoestruturas semicondutoras e/ou semimagnéticas.
Abstract
Zinc oxide (ZnO) is a semiconductor that has several interesting physical properties, which can be modified or improved depending on the transition metal (TM) incorporated into its crystalline structure. When doped, this material is called diluted magnetic semiconductor (DMS) and its properties are due to the strong sp-d exchange interaction between the charge carriers of the nanocrystals (NCs) and the unpaired electrons of the TM. In this work, we investigated the effect of both Mn and Co concentration on the physical properties of ZnO NCs, synthesized by the chemical precipitation method in aqueous solution. These properties were investigated by Raman spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), optical absorption (OA) spectroscopy, fluorescence (FL), and electronic paramagnetic resonance (EPR). To investigate the ion incorporation in ZnO crystal structure, Rietveld refinements in the XRD data, crystalline field theory (CFT) in the OA spectra, and EPR results were used. The results showed that it is possible to control the NCs properties of ZnO, Zn1-xMnxO, Zn1-xMnxO/ZnMn2O4, and Zn1-xCoxO/ZnCo2O4 from the variation of the dopant concentration. We believe that these results may give rise to a great deal of interest in the scientific community, regarding the synthesis and processing of materials from the methodology adopted in this work, contributing to the understanding of the properties of semiconductor and/or semimagnetic nanostructures.
Palavras-chave
Nanocristais, Nanocrystals, Óxido de zinco, Zinc oxide, Dopagem magnética, Magnetic doping, Precipitação química, Chemical precipitation, Solução aquosa, Aqueous solution, Espectroscopia Raman, Raman spectroscopy, Difração de raios-X, X-ray diffraction, Espectroscopia de absorção óptica, Optical absorption spectroscopy, Fluorescência, Fluorescence, Ressonância paramagnética eletrônica, Electronic paramagnetic resonance
Citação
BATISTA, Elisson Andrade. Sínteses, caracterizações e estudo de propriedades físicas de nanocristais de ZnO dopados com íons metais de transição. 2020. 82 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2019.2604
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