Estudo do efeito magnetocalórico colossal em compostos MnAs1-xAx e derivados

Resumo

O composto MnAs é muito interessante pois apresenta transição magnética de primeira ordem acoplada a transição cristalográfica de hexagonal (ordenada, baixa T) para ortorrômbica (desordenada, alta temperatura), e com isso o efeito magnetocalórico é gigante. Sob pressão, o composto mostra efeito colossal. Os compostos derivados do MnAs, como o MnAsSb, tem a característica de estabilizarem a estrutura hexagonal, passando a apresentar transição magnética de segunda ordem, mas mantendo o efeito magnetocalórico gigante. Outra grande vantagem dos compostos com Sb é que a temperatura de transição pode ser sintonizada via a concentração de Sb. Substituições preliminares de As por S, Se e Te mostraram a ocorrência de efeito gigante maior que o observado para o MnAs puro.Outra característica muito importante do MnAs e MnAsSb é ambos os tipos de compostos mostram o efeito magnetocalórico colossal quando submetidos a altas pressões, o que pode ser muito importante para aplicações em regeneradores magnéticos ativos. Outros compostos derivados do MnAs, como os provenientes de dopagens no sítio do Mn, utilizando os átomos de Fe, Cu e Ag, mostram o efeito colossal a pressão ambiente, o que torna concreta a possibilidade de aplicação prática do efeito colossal. A substituição com Ti não dá origem ao efeito colossal. A razão destas dopagens darem origem ao efeito colossal na pressão ambiente é que os átomos de Fe e Cu são menores que o átomo de Mn, e ao substituí-lo, fazem as vezes de pressão (é o que se denomina de pressão química). No entanto, os papéis do Fe e do Cu não são exatamente iguais. O Fe, ao entrar na rede hexagonal, provoca a diminuição de ambos os parâmetros de rede e também do volume, fazendo o papel efetivamente de uma pressão, embora de modo anisotrópico. O Cu, ao entrar na rede, provoca o aumento do parâmetro de rede a e a diminuição do parâmetro c, e uma diminuição global do volume da célula unitária, o que novamente imita o efeito da pressão hidrostática. No entanto, a entrada do Fe leva a uma diminuição da temperatura de Curie e a um aumento da histerese térmica, enquanto que no caso do Cu tanto a temperatura de Curie quanto a histerese não se alteram com a quantidade de Cu. A Ag provoca um efeito similar ao do Cu, embora se observe a presença de uma fase rica em Ag na microestrutura da amostra.Dada a importância do efeito magnetocalórico colossal para aplicações práticas, e visando obter outros materiais com esse efeito e também sintetizar materiais para os quais a histerese térmica seja muito pequena ou nula, propõe-se realizar substituições em nível de dopagem no sítio do As do composto MnAs de diversos átomos, como: 1)P e Bi, que são elementos da mesma coluna do As. O P pode levar ao mesmo efeito de pressão equivalente que o observado para o Fe por ser um átomo menor que o As. O Bi pode ter o efeito do Sb quando em quantidades relativamente grandes, ou o efeito da Ag quando em nível de dopagem. 2)S, Se e Te: quando em grandes quantidades, estas substituições levam ao aparecimento do efeito gigante. Quer-se estudar o efeito das dopagens nas propriedades magnéticas e magnetocalóricas. 3)Substituições cruzadas: como um dos objetivos da pesquisa é a obtenção do efeito colossal sem histerese, surgiu o interesse em se realizar dopagens cruzadas, como Fe no sítio do Mn e Sb no sítio do As, ou outros elementos neste sítio, como o S, o Te e o Se. 4)Outras substituições/dopagens: um estudo dos diagramas de fases à base de As indica que existem pelo menos dois elementos da coluna IVA da tabela periódica que apresentam significativa solubilidade no As, que são o Ge e o Sn. Propomos o estudo do efeito da dopagem do composto com esta série de elementos.