Estudo das Propriedades Estruturais e Magnéticas de Nanopartículas de SnO2 Dopadas com Ni, Co e Cr

El estudio se centró en la caracterización estructural y magnética de nanopartículas de SnO2 dopadas con Ni, Co y Cr, preparadas por el método de Pechini. La difracción de rayos X (DRX) fue la técnica principal para analizar la estructura cristalina de las nanopartículas. El análisis de Rietveld de los datos de DRX reveló que las nanopartículas de SnO2 sin dopar presentan una única fase tetragonal. Esta fase se mantuvo en las muestras dopadas con hasta un 10% de metal. Sin embargo, en las muestras dopadas con concentraciones de Ni y Co superiores al 10%, se observó la formación de una segunda fase, correspondiente a los compuestos NiO y Co3O4, respectivamente. El tamaño de las nanopartículas mostró una tendencia a disminuir con el aumento de la concentración de metal en el rango por debajo del 10%.

Las mediciones magnéticas realizadas en las nanopartículas de SnO2 revelaron un comportamiento magnético interesante. Las nanopartículas de SnO2 sin dopar mostraron un orden magnético que se atribuyó a la interacción ferromagnética de los electrones atrapados en las vacantes de oxígeno. La presencia de estos electrones es muy alta en sistemas nanoparticulados. El ingreso de Ni y Cr favoreció el ferromagnetismo en la región de concentraciones menores que ~3%. Sin embargo, por encima de esta concentración, se observó una señal paramagnética que aumentó con la concentración del dopante. En las muestras dopadas con Co, el ferromagnetismo desapareció ya en concentraciones de 0.4%. Para explicar estos resultados, los autores propusieron un modelo tipo "Core-Shell". En bajas concentraciones de metal, el dopante se difunde principalmente hacia el núcleo de la partícula. Sin embargo, cuando la concentración alcanza el límite de la solución sólida, comienza a ocurrir una segregación de los átomos de metal de transición en la superficie de la partícula, lo que sería responsable del comportamiento paramagnético.

Los espectros de Raman confirmaron la formación de la fase tetragonal en las nanopartículas de SnO2 dopadas con Ni, en la región de concentraciones por debajo del 7.5%. Se determinaron picos asociados a la desordem superficial, y se estimó que el grosor de la capa es de d ~ 1.3 nm. El análisis de los espectros de Raman reveló la presencia de modos vibracionales activados por la desordem, que se atribuyen a la ruptura de enlaces químicos de los átomos en la superficie de las nanopartículas. La influencia de la desordem es mayor cuanto menor es la nanopartícula. Los resultados de espectroscopia Raman proporcionaron información adicional sobre la estructura y la composición de las nanopartículas, y corroboraron los hallazgos obtenidos por difracción de rayos X.

El estudio de las propiedades magnéticas de nanopartículas de SnO2 dopadas con Ni, Co y Cr tiene implicaciones importantes para la ciencia de los materiales y la nanotecnología. Los resultados de este estudio sugieren que las nanopartículas de SnO2 dopadas tienen el potencial para ser utilizadas en diversas aplicaciones, como la espintrónica, donde se aprovechan las propiedades magnéticas y electrónicas de los materiales. La investigación demostró que la dopagem con diferentes metales de transición puede controlar las propiedades magnéticas de las nanopartículas de SnO2. La presencia de ferromagnetismo en concentraciones bajas de dopante y el comportamiento paramagnético a concentraciones más altas sugieren que la dopagem juega un papel crucial en el comportamiento magnético de las nanopartículas. Se necesitan más estudios para determinar con mayor precisión el papel del tamaño y la morfología de las nanopartículas en las propiedades magnéticas observadas.