[en] The rapid transition to a "Data-centric society" and the emergence of the new Internet of Things require revolutionary changes in wireless communication and data storage systems. Continuous efforts are being made to prepare new materials with operating potential at high frequencies above 100 GHz and with high storage density suitable for data storage applications. Research interests grew in novel rare-earth free materials that show potential for these applications and thus, ultra-hard ferrites exhibiting large-magneto-crystalline anisotropy and natural ferromagnetic resonance at frequencies above 100 GHz are very attractive. This dissertation investigated two such ferrites ε-Fe2O3 and Sr1-(x/12)Ca(x/12)AlxFe12-xO19 focusing on the up-scalable synthesis of large size ε-Fe2O3 phase and studying its magnetic properties by transition metal substitutions of Fe3+. For the second system of interest, Sr1-(x/12)Ca(x/12)AlxFe12-xO19, we have studied the influence of the Fe3+ substitution by Al3+. In this thesis, we investigated the effect of different parameters of the ε-Fe2O3 synthesis by the sol-gel method on the phase purity. We considered some parameters that should be controlled to prepare highly pure ε-Fe2O3, such as gel container size and the gel ageing period. We investigated and introduced a novel method to prepare large-size ε-Fe2O3 nanoparticles by a sustainable and feasible method using Y and other trivalent rare earth silicates as surfactants at high temperatures. The obtained particles by this novel method do not exhibit magnetic relaxation, which makes them suitable for memories and device applications. In understanding the underlying magnetic properties for this phase, we substituted the Fe3+ ions with different transition metals and investigated the changes in structural and magnetic properties. We have seen that the large-size ε-Fe2O3 nanoparticles with Cr3+ substitutions prepared by our new bulk sol-gel method maintain the magnetic hardness for up to 15 wt. % Cr content, overcoming the softening previously observed when the particle sizes are small. Besides this, we have seen that Sc3+ and In3+ ions make the low-temperature incommensurate phase stable at a higher temperature and tend to destabilize the high magnetic anisotropy collinear ferromagnetic order. On the contrary, Cr3+ does not particularly promote the emergence of the incommensurate order but decreases the anisotropy of hard magnetic phase, even when large coercivities are maintained. These observations pave the way for understanding the magnetic properties of this phase, and the origins of its large magneto-crystalline anisotropy. Regarding the Sr1-(x/12)Ca(x/12)AlxFe12-xO19, we have studied some important process parameters that affect the synthesis of the materials and the final powder morphology, which in turn results in different magnetic properties. We have seen that a significant magnetic transition occurs at Al-Ca content ranging between x=5 and x=6. This small change in the crystal chemistry significantly alters the magnetic response of the material and also opens up a new way for understanding the origin and mechanism of this large-magneto-crystalline anisotropy in ferrites. We also compared the ferromagnetic resonance for ε-Fe2O3 and Sr0.67Ca0.33Al4Fe8O19 and we observed that for the same amount of powder, ε-Fe2O3 exhibits higher absorption than Sr0.67Ca0.33Al4Fe8O19.

[es] La rápida transición hacia una "sociedad centrada en los datos" y la emergencia del nuevo Internet de las Cosas requieren cambios revolucionarios en los sistemas de comunicación inalámbrica y almacenamiento de datos. Existe un gran interés en desarrollar nuevos materiales magnéticos para fabricar dispositivos que operen a altas frecuencias, por encima de los 100 GHz, así como para memorias de alta densidad. En este contexto, los materiales con elevada anisotropía magnética que no contienen tierras raras son de gran interés para estas aplicaciones y, por lo tanto, las ferritas ultraduras que exhiben una gran anisotropía magnetocristalina y resonancia ferromagnética natural a frecuencias superiores a los 100 GHz resultan muy atractivas. Esta tesis ha investigado dos de estas ferritas, ε-Fe2O3 y Sr1-(x/12)Ca(x/12)AlxFe12-xO19, centrándose en la síntesis escalable a gran escala de la fase ε-Fe2O3 y en el estudio de cómo cambian sus propiedades magnéticas con la sustitución de los cationes Fe3⁺ por otros metales de transición. En cuanto al segundo sistema de interés, Sr1-(x/12)Ca(x/12)AlxFe12-xO19, se ha estudiado la influencia de la sustitución de Fe3⁺ por Al3⁺. En esta tesis, hemos investigado el efecto de diferentes parámetros en la síntesis de la fase ε-Fe2O3 mediante el método sol-gel en la pureza de la fase. Se han considerado algunos parámetros que deben controlarse para obtener ε-Fe2O3 de alta pureza, como el tamaño del recipiente donde se forma el gel y el período de maduración del gel. Hemos establecido un método innovador para preparar nanopartículas de ε-Fe2O3 de gran tamaño mediante una síntesis práctica y sostenible, utilizando silicatos de Y3⁺ y otros silicatos de tierras raras trivalentes que actúen a modo de surfactantes a altas temperaturas. Las partículas obtenidas con este nuevo método no presentan relajación magnética, lo que las hace adecuadas para aplicaciones en dispositivos y memorias. Para comprender mejor las propiedades magnéticas de esta fase, hemos sustituido los iones Fe3⁺ por diferentes metales de transición e investigado los cambios en las propiedades estructurales y magnéticas. Hemos observado que con la sustitución con Cr3⁺ en nanopartículas de ε-Fe2O3 de gran tamaño, preparadas con nuestro nuevo método sol-gel, se mantiene su carácter magnético duro hasta un 15 % atómico de Cr, evitando el superparamagnetismo observado previamente en partículas pequeñas de estas composiciones. Además, hemos observado que los iones Sc3⁺ e In3⁺ amplían el campo de estabilidad de la fase incommensurable a baja temperatura y, por lo tanto, tienden a desestabilizar el orden ferromagnético colinear de alta anisotropía magnética. En cambio, el Cr3⁺ no promueve especialmente la aparición del orden incommensurable, aunque disminuye la anisotropía de la fase magnética dura, incluso cuando se mantienen coercividades elevadas en las mediciones magnéticas. Estas observaciones abren nuevas vías para comprender mejor las propiedades magnéticas de esta fase y los orígenes de su gran anisotropía magnetocristalina. En cuanto a la ferrita Sr1-(x/12)Ca(x/12)AlxFe12-xO19, hemos estudiado algunos parámetros importantes que afectan la síntesis de los materiales y la morfología final del polvo, lo que influye directamente en sus propiedades magnéticas. Hemos observado que se produce una transición magnética significativa cuando el contenido de Al-Ca se encuentra en un rango entre x=5 y x=6. Este pequeño cambio en la química cristalina altera significativamente la respuesta magnética del material y también abre una nueva vía para comprender el origen y los mecanismos subyacentes de su elevada anisotropía magnetocristalina. También hemos comparado la resonancia ferromagnética de ε-Fe2O3 y Sr0.67Ca0.33Al4Fe8O19 y hemos observado que, para la misma cantidad de polvo, ε-Fe2O3 presenta una absorción más alta que Sr0.67Ca0.33Al4Fe8O19.