Contribution to the understanding of order-disorder phenomena in Ba1-xSrxFe12O19 (x=0,0 ; 0,5 et 1) hexaferrites

Abstract

Les hexaferrites de type M sont largement utilisées pour les aimants permanents, les supports d'enregistrement magnétique et les dispositifs de télécommunication. L’analyse des diffractogrammes, obtenus par diffraction des rayons X, montre que les matériaux Ba1-xSrxFe12O19 (x=0 ; 0,5 et 1) s’indexent bien dans la structure hexagonale de la magnetoplumbite (type M) de groupe d’espace P63/mmc. L'analyse des courbes d'impédance a montré une diminution de la résistance électrique. Les porteurs de charges sont activés thermiquement et s'accumulent aux joints de grains, confirmant la nature semi-conductrice des matériaux. Le processus de conduction de BaFe12O19 est dominé par le modèle (CBH); tandis que le modèle (NSPT) domine la conduction de Ba0,5Sr0,5Fe12O19. Pour SrFe12O19 est dominée par le modèle NSPT à T< 240 K et par le modèle CBH au-dessus de 240 K. La variation de ′(T, ) a confirmé les contributions des différents mécanismes de polarisation. Les valeurs élevées de ε' (>104 ) et les faibles pertes de nos composés suggèrent fortement qu’ils peuvent être de bons candidats pour des applications dans le domaine des radiofréquences et le stockage de l’énergie. L’ajustement des cycles d’hystérésis montre que Ms, Mr et Hc augmentent avec l’augmentation du taux de Sr. De plus, les valeurs de Hc indiquent que tous les échantillons sont durs, ce qui les rend prometteurs pour être utilisés dans la fabrication d’aimants permanents. Le calcul DFT montre bien que de l’augmentation de Hc est lié à l’augmentation de la constante d’anisotropie. Les spectres Mössbauer, à la température ambiante, des composés Ba1-xSrxFe12O19 (x=0 ; 0,5 et 1) permettent d'étudier l'effet de la substitution des ions Ba2+ par les ions Sr2+ sur les cinq sous-réseaux importants. Il a été observé que les ions Fe3+ passent du site tétraédrique 4f1 principalement au site octaédrique 12k, mais aussi au site 2b, avec la substitution Sr2+, de sorte que les ions Sr2+ occupent le site 4f1. Le champ hyperfin magnétique moyen <B> augmente avec la substitution de Ba2+ par Sr2+.

As hexaferrites do tipo M são amplamente utilizadas para ímãs permanentes, meios de gravação magnética e dispositivos de telecomunicações. A análise dos difratogramas, obtidos por difração de raios X, mostra que os materiais Ba1-xSrxFe12O19 (x=0; 0,5 e 1) produzidos pelo método de autocombustão são bem indexados à estrutura hexagonal da magnetoplumbite (tipo M) do grupo espacial P63/mmc. A análise das curvas de impedância para diferentes frequências e temperaturas mostrou uma diminuição na resistência elétrica. Os portadores de carga são ativados termicamente e acumulam-se nas fronteiras de grãos, confirmando a natureza semicondutora dos materiais. O processo de condução para a amostra BaFe12O19 é dominado pelo modelo CBH; enquanto o modelo NSPT domina o processo de condução para a amostra Ba0.5Sr0.5Fe12O19. Para SrFe12O19 a condução é dominada pelo modelo NSPT para T< 240 K e pelo modelo CBH acima de 240 K. A variação da constante dielétrica em função da temperatura e da frequência confirmou as contribuições dos diferentes mecanismos de polarização. Os altos valores de (ε' >104 ) e as baixas perdas dos nossos compostos sugerem fortemente que eles podem ser bons candidatos para aplicações na área de radiofrequências e armazenamento de energia. Os ciclos de histerese mostram que a magnetização de saturação, a magnetização remanescente e o campo coercitivo aumentam com o aumento da concentração de Sr. Além disso, os valores do campo coercitivo indicam que todas as amostras são duras, o que as torna promissoras para uso na fabricação de ímãs permanentes. O cálculo DFT mostra claramente que o aumento do campo coercitivo está ligado ao aumento da constante de anisotropia. Os espectros de Mössbauer à temperatura ambiente dos compostos Ba1-xSrxFe12O19 (x=0; 0,5 e 1) permitem estudar o efeito da substituição de iões Ba2+ por iões Sr2+ nas cinco sub-redes. Observou-se que os iões Fe3+ movem-se do sítio tetraédrico 4f1 principalmente para o sítio octaédrico 12k, mas também para o sítio 2b, com a substituição do Sr2+, de modo que os iões Sr2+ ocupam o sítio 4f1. Verificou-se que o campo magnético hiperfino médio <B> aumenta com a substituição de Ba2+ por Sr2+.

M-type hexaferrites are widely used for permanent magnets, magnetic recording media and telecommunication devices. The analysis of the diffractograms, obtained by X-ray diffraction, shows that the materials Ba1-xSrxFe12O19 (x=0; 0.5 and 1) index well in the hexagonal structure of magnetoplumbite (type M) of space group P63/mmc. Analysis of the impedance curves showed a decrease in electrical resistance. The charge carriers are thermally activated and accumulate at the grain boundaries, confirming the semiconducting nature of the materials. The conduction process of BaFe12O19 is dominated by the (CBH) model; while the (NSPT) model dominates the conduction of Ba0.5Sr0.5Fe12O19. For SrFe12O19 is dominated by the NSPT model at T< 240 K and by the CBH model above 240 K. The variation of ′(T, ) confirmed the contributions of the different polarization mechanisms. The high values of ε' (>104 ) and the low losses of our compounds strongly suggest that they may be good candidates for applications in the field of radiofrequency and energy storage. Fitting hysteresis cycles shows that Ms, Mr and Hc increase with increasing Sr level. In addition, Hc values indicate that all samples are hard, making them promising for use in the manufacture of permanent magnets. The DFT calculation clearly shows that the increase in Hc is linked to the increase in the anisotropy constant. The Mössbauer spectra, at room temperature, of the compounds Ba1-xSrxFe12O19 (x=0; 0.5 and 1) make it possible to study the effect of the substitution of Ba2+ ions by Sr2+ ions on the five important sublattices. It was observed that the Fe3+ ions move from the 4f1 tetrahedral site mainly to the 12k octahedral site, but also to the 2b site, with the Sr2+ substitution, so that the Sr2+ ions occupy the 4f1 site. The mean magnetic hyperfine field <B> increases with the substitution of Ba2+ by Sr2+.