[ca] Al llarg de les dues darreres dècades, el polimorf d'òxid de ferro(III) ε-Fe2O3 ha passat de ser una raresa científica a estar a centre d'una intensa activitat de recerca a causa del seves propietats multiferroiques elevada coercivitat a temperatura ambient. Aquestes propietats tan poc habituals posen de relleu aspectes fonamentals relacionats amb la complexitat del seu diagrama de fases magnètic i susciten interès per les seves aplicacions potencials en tecnologies de la informació o fotocatàlisi. Tot i aquest interès creixent, la síntesi i caracterització de materials de tipus ε-(Fe1-xMx)2O3 en què el Fe3+ es substitueix per altres cations metàl·lics encara ha estat poc estudiada. Així mateix, tampoc s'acaben d'entendre els mecanismes d'estabilització de l'ε-Fe2O3 en capes primes, molt rellevants en les aplicacions. Aquesta tesi pretén fer avançar el coneixement en aquests aspectes, explorant la síntesi i caracterització de nanopartícules ε-(Fe1-xMx)2O3 dopades amb metalls de transició magnètics (M= Cr, Mn, Co, Ru) i en els mecanismes d'estabilització de les capes epitaxials d' ε-Fe2O3, tot fent la caracterització estructural i de les seves propietats. La recerca en nanopartícules ha permès aprofundir el coneixement de les transicions de fase de l' ε-Fe2O3 i ha posat de manifest la seva sensibilitat a la deformació i als camps magnètics. S'ha vist que el Cr3+ substitueix el Fe3+ en entorns octaèdrics regulars de l'ε-(Fe1-xCrx)2O3, i que redueix de forma dràstica l'anisotropia magnètica i la magnetització de saturació de les nanopartícules. La substitució del Fe3+ per Cr3+ s'ha pogut estudiar fins a x=0.25 sense observar-se l'aparició d'altres fases secundàries, tot i que per a x>0.10 hi ha indicis de canvis estructurals. La substitució amb Mn s'ha estudiat fins a x=0.20 sense que tampoc en aquest cas s'observés l'aparició de fases secundàries a l'augmentar el contingut de Mn. Tanmateix, per sobre de x=0.10 també s'han observat canvis estructurals. En relació amb això, una baixa substitució amb Mn fa augmentar l'anisotropia magnètica tot i que aquesta disminueixi ràpidament per a x>0.05 coincidint amb un fort increment de la magnetització. A diferència del que passa amb el Cr i el Mn, la substitució amb Co no pot anar més enllà del 3 % atòmic sense que apareguin fases secundàries. Aquests nivells tan baixos de substitució fan tanmateix augmentar a i al mateix temps comprimir b i c, molt probablement com a conseqüència d'efectes magnetoelàstics relacionats amb el moment orbital del Co2+. Aquests efectes magnetoelàstics semblen tenir una forta influència sobre la transició magnètica de l'ε-Fe2O3 a alta temperatura tot estabilitzant les subxarxes magnètiques dels ferros en entorns octaèdrics regulars i tetraèdrics. Pel que fa a la substitució amb Ru, cal dir que ha estat complicada a causa de la volatilitat d'aquest metall i que els resultats de la caracterització magnètica de diferents síntesis no ha resultat reproduïbles, fet que indica que aquestes s'han de millorar. En la recerca sobre capes primes d'ε-Fe2O3, s'ha investigat el creixement de Sc0.2Al0.4Fe1.4O3 sobre diferents substrats i s'han obtingut capes epitaxials de bona qualitat sobre LSAT (111), STO (111), Mica (001) i YSZ (001). Això ha permès estabilitzar capes primes epitaxials d'ε-Fe2O3 sobre substrats flexibles com la Mica fent servir l'Sc0.2Al0.4Fe1.4O3 com a capa tampó. La caracterització magnètica de les capes d'ε-Fe2O3 sobre mica ha posat de manifest una transició magnètica a baixa temperatura de característiques similars a la ja coneguda en nanopartícules d'ε-Fe2O3, però encara no observada en capes primes. També s'ha investigat l'estabilització d'ε-Fe2O3 sobre l'espinel·la Fe3O4 (111) com a capa tampó i sobre substrats MgAl2O4 (111). La transició a baixa temperatura de les capes d'ε-Fe2O3 crescudes directament sobre MAO(111) s'ha estudiat de forma detallada amb espectroscòpia Raman

[es] En las dos últimas décadas, el polimorfo de óxido de hierro(III) ε-Fe2O3 ha pasado de ser una rareza científica a estar en el centro de una intensa actividad investigadora por sus propiedades multiferroicas y una elevada coercividad a temperatura ambiente. Estas propiedades ponen de relieve aspectos fundamentales relacionados con la complejidad de su diagrama de fases magnético y suscitan interés por sus aplicaciones potenciales en tecnologías de la información o fotocatálisis. A pesar de este interés creciente, la síntesis y caracterización de materiales de tipo ε-(Fe1-xMx)2O3 en que el Fe3+ se sustituye por otros cationes metálicos ha sido poco estudiada. Tampoco se acaban de entender los mecanismos que controlan la estabilización de la ε-Fe2O3 en capas delgadas, muy relevantes para las aplicaciones de interés. Esta tesis pretende hacer avanzar el conocimiento en estos aspectos, concretamente explorando la síntesis y caracterización de nanopartículas ε-(Fe1-xMx)2O3 dopadas con metales de transición magnéticos (M = Cr, Mn, Co , Ru). También se ha centrado en los mecanismos de estabilización de capas epitaxiales de ε-Fe2O3, caracterizando su estructura y propiedades. La investigación en nanopartículas ha permitido profundizar en el conocimiento de las transiciones de fase del sistema ε-Fe2O3 y ha puesto de manifiesto su sensibilidad a la deformación y los campos magnéticos. Se ha visto que el Cr3 + sustituye preferencialmente el Fe3 + en los entornos octaédricos regulares del ε-(Fe1-xCrx)2O3, y que reduce de forma drástica la anisotropía magnética y la magnetización de saturación de las nanopartículas. La sustitución del Fe3 + por Cr3 + se ha podido estudiar hasta x=0.25 sin observarse la aparición de otras fases secundarias, aunque para x>0.1 se han obtenido claros indicios de cambios estructurales. La sustitución con Mn se ha estudiado hasta x=0.20 sin que tampoco en este caso se observara la aparición de fases secundarias en aumentar el contenido de Mn. Sin embargo, por encima de x>0.1 también se han observado cambios estructurales. Para bajos niveles de sustitución el Mn aumenta la anisotropía magnética aunque esta disminuya rápidamente para x>0.05, coincidiendo con un fuerte incremento de la magnetización. A diferencia de lo que ocurre con el Cr y el Mn, la sustitución con Co no puede ir más allá del 3% atómico sin que aparezcan fases secundarias. Pero incluso estos niveles tienen el efecto de aumentar a y al mismo tiempo comprimir b y c, muy probablemente como consecuencia de fenómenos magnetoelásticos relacionados con el momento orbital del Co2 +. Estos efectos magnetoelásticos parecen tener una fuerte influencia sobre la transición magnética del sistema ε-Fe2O3 a alta temperatura, en particular estabilizando las subredes magnéticas de los hierros en entornos octaédricos regulares y tetraédricos. Respecto a la sustitución con Ru, cabe decir que ha sido complicada debido a la volatilidad de este metal y que los resultados de la caracterización magnética de diferentes síntesis no han resultado reproducibles y deben mejorarse. En cuanto a capas delgadas de ε-Fe2O3, esta Tesis ha investigado el crecimiento de Sc0.2Al0.4Fe1.4O3 sobre diferentes sustratos y se ha visto que se pueden obtener capas epitaxiales de buena calidad sobre sustratos LSAT(111), STO (111), mica (001) y YSZ (001). Esto ha permitido estabilizar capas delgadas epitaxiales de ε-Fe2O3 sobre sustratos flexibles como la Mica con Sc0.2Al0.4Fe1.4O3 como capa tampón. Con la caracterización magnética de capas ε-Fe2O3 sobre Mica se ha detectado una transición magnética a baja temperatura similares a la ya conocida para nanopartículas de ε-Fe2O3, pero desconocida para capas delgadas. También se ha investigado la estabilización de ε-Fe2O3 sobre espinela Fe3O4(111) como capa tampón y sobre MgAl2O4(111). La transición a baja se ha estudiado de forma detallada con espectroscopia Raman.