Investigação Teórico-Experimental das Propriedades Estruturais, Ópticas e Magnéticas de Nanocristais de TiO₂ Dopado com Metais de Transição ou Nobres
Dióxido de Titânio, Semicondutores magnéticos diluídos, dopagem, teoria do campo cristalino, metais nobres e de transição.
Semicondutores magnéticos diluídos (DMS) à base de dióxido de titânio (TiO₂) dopado com metais de transição ou nobres representam uma classe promissora de materiais multifuncionais devido à possibilidade de combinar comportamento semicondutor com propriedades magnéticas ajustáveis. Neste trabalho, investigam-se as propriedades estruturais, eletrônicas, ópticas e magnéticas do TiO₂ dopado, correlacionando a influência da dopagem com as características físico-químicas do material. A teoria do campo cristalino foi aplicada para determinar a localização dos íons dopantes na rede cristalina do TiO₂ e entender suas interações eletrônicas, enquanto teorias magnéticas foram empregadas para descrever os mecanismos de acoplamento magnético. A caracterização experimental incluiu Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) e de Varredura (MEV) para análise morfológica e estrutural, espectroscopia Raman para avaliação da simetria cristalina e efeitos da dopagem, Difração de Raios X (DRX) com refinamento Rietveld para determinação da cristalinidade, do tamanho médio de cristalito e das distorções de rede (compressão ou distensão). A espectroscopia de absorção óptica permitiu a determinação da energia de band gap e possíveis transições eletrônicas induzidas pelos dopantes. As propriedades magnéticas foram analisadas por medições de magnetização e Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR), visando compreender a origem do magnetismo e a interação entre os centros dopantes. Os resultados demonstram que o tipo de dopante, sua concentração e os tratamentos térmicos aplicados influenciam diretamente a estabilidade estrutural do TiO₂, a formação de fases secundárias, o comportamento magnético e as propriedades ópticas. A introdução de íons metálicos modifica a estrutura eletrônica do semicondutor, promovendo variações no band gap e na resposta magnética, possibilitando a obtenção de materiais com propriedades ajustáveis. A compreensão dos mecanismos envolvidos na dopagem do TiO₂ fornece subsídios para o desenvolvimento de novos materiais funcionais, com aplicações potenciais em dispositivos de spintrônica, memórias magnetoeletrônicas, sensores magnéticos, fotocatálise aprimorada, células solares e dispositivos optoeletrônicos avançados. Este estudo contribui significativamente para o entendimento das interações eletrônicas e magnéticas em DMS, permitindo a engenharia racional de semicondutores magnéticos com propriedades otimizadas para aplicações tecnológicas estratégicas.