Estudo de propriedades estruturais e de piezeletricidade nos cristais de ADP e KDP puros e dopados com íons Ni²⁺ e Mn³⁺ com DMRX utilizando radiação síncrotron

A difração múltipla de raios-X utilizando radiação Síncrotron foi aplicada para o estudo de cátions de metais de transição Mn³⁺ e Ni²⁺ incorporados a rede cristalina do Fosfato de Amônio Monobásico (ADP) e Fosfato de Potássio Monobásico (KDP). Em todos os diagramas Renninger obtidos para as diferentes amostras e diferentes comprimentos de onda podemos observar que as posições angulares e o número de picos não sofrem alteração. Este fato nos diz que os parâmetros da célula unitária e a simetria do cristal são praticamente os mesmos, independentemente da incorporação de cátíons Mn³⁺ e Ni²⁺. Cálculos precisos dos parâmetros da célula unitária revelam que há expansão dos parâmetros de rede a = b e contração do parâmetro de rede c do cristal de ADP dopado com Ni²⁺ e Mn³⁺. Nas medidas com ambos os comprimentos de onda no ADP:Mn o digrama Renninger apresenta picos com perfis semelhantes aos perfis dos picos nos diagrama Renninger do cristal de ADP puro. Nenhum pico extra aparece no diagrama Renninger do cristal dopado. A partir dos diagramas resultantes das medidas no cristal de ADP:Ni pode-se observar claramente: (i) alguns picos que tinham um perfil assimétrico no diagrama do cristal de ADP puro apresentam perfis quase totalmente simétricos no diagrama do cristal dopado com Ni<sup2+</sup> (nas medidas com comprimento de onda abaixo da borda de absorção do Ni<sup2+</sup>) e, (ii) alguns picos sofrem uma forte inversão em seus perfis (nas medidas com comprimento de onda acima da borda de absorção do Ni<sup2+</sup>), por exemplo, o pico (5-12)/(-112), que representa um caso de quatro feixes. Estes resultados indicam que o diagrama Renninger com radiação Síncrotron é uma sonda de alta resolução a serem utilizados na incorporação de impurezas na rede ADP. Além disso, investigamos os coeficientes piezelétricos dos cristais de ADP:Mn, KDP:Mn e KDP:Ni por difração de raios-X à temperatura ambiente. Os resultados das medidas das reflexões 440 e 066 permitiram a obtenção dos coeficientes d₃₆ e d₂₅. Nós observamos que estes coeficientes aumentaram com a dopagem dos íons Mn³⁺ e Ni²⁺ nos cristais de ADP e KDP.

ABSTRACT: The X-ray multiple diffraction using synchrotron radiation has been applied to study transition metal cátions Mn ³⁺ and Ni ²⁺ incorporated into Ammonium Diydrogen Phosphate (ADP) Crystal lattice and potassium dihydrogen phosphate (KDP). The results shows that regarding peak positions and number of peaks all the profilets look almost identical. This fact alone tells us that the unit cell parameters and the crystal symmetry are practically the same regardless of the incorporation of Mn ³⁺ and Ni ²⁺ cations. Accurate calculation of the unit-cell parameters revels that the lattices lattices parameters a = b increase and lattices parameters c decrease following Ni ²⁺ and Mn ³⁺ incorporation. In the measurements for the two wavelengths ADP:Mn crystal exhibit asymmetric peak profiles and no extra peak appears in the whole Mn ³⁺ doped RS. On the other hand, in the ADP:Ni measurements one can clearly observe: (i) suppression of the intensity profile asymmetry in secondary peaks for the Ni ²⁺ doped RS (below l Ni ²⁺ Kedge) and also, (ii) marked asymmetry inversion (above l Ni ²⁺ Kedge), for example the peak (5-12) / (-112) which represents a four beam case. These results indicate that synchrotron radiation RS is a high resolution probe to be used in the impurity incorporation in the ADP lattice. Moreover we have investigated ADP:Mn, KDP:Mn and KDP:Ni crystals using X-ray diffraction at room temperature. The results of the measurements of 440 and 066 reflections allow obtaining the d ₃₆ and d ₂₅ coefficients. We reported on the experimental verification based on X-ray measurements, the d ₃₆ piezoelectric coefficients increased with doping of the Mn and Ni ²⁺ in the KDP and in ADP crystals.