Ứng dụng hàm Block trong nghiên cứu một số tính chất của vật liệu cấu trúc perovskite

Ứng dụng hàm Block trong nghiên cứu một số tính chất của vật liệu cấu trúc perovskite Phạm Thị Thu Lương Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật lý Nhiệt; Mã số 60 44 09 Người hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Huy Sinh Năm bảo vệ: 2014 Abstract. Nghiên cứu một số vấn đề cơ bản về perovskite LaMnO3. Cấu trúc lý tưởng của vật liệu perovskite manganite LaMnO3.Trường bát điện MnO6 và ảnh hưởng của nó lên tính chất vật lý trong hệ vật liệu Perovskite manganite. Sự tách mức năng lượng trong trường bát diện. Hiệu ứng từ trở khổng lồ trong các Perovskite manganite. Hiện tượng méo mạng trong Perovskite manganite-Hiệu ứng Jahn-Teller. Tương tác trao đổi. Tìm hiểu giản đồ- trật tự điện tích của hợp chất. Lý thuyết của Block. Phương Pháp thực nghiệm: Quy trình chế tạo mẫu; Các Phép đo nghiên cứu tính chất vật liệu; Phép đo nhiễu xạ tia X (tia rơnghen); Phép đo hiển vi điện tử quét (SEM); Phép đo từ độ; Đo điện trở và từ trường bằng phương pháp bốn mũi dò; Phép đo điện trở phụ thuộc nhiệt độ; Phép đo từ trở. Keywords. Vật lý; Vật lý nhiệt; Vật liệu cấu trúc; Hàm Block. Content MỞ ĐẦU Vật liệu Perovskite là một trong những vật liệu hiện nay đang được các nhà vật lý trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang rất quan tâm cùng với những tính chất vô cùng quý báu của nó. Đặc biệt là việc khám phá ra hiệu ứng từ trở khổng lồ trong các hợp chất manganite đã mở ra một hướng nghiên cứu mới rất thú vị [2]. Những hợp chất này xuất hiện nhiệt độ chuyển pha kim loại - điện môi/bán dẫn TP và nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ Tc (Tc > TP). Đặc tính cơ bản của vật liệu này là từ trở của mẫu (CMR) lớn khi ở gần nhiệt độ TP. Năm 1951 Zener đã sử dụng mô hình tương tác trao đổi kép DE để giải thích về hiệu ứng từ trở khổng lồ (CMR). Trong mô hình này, độ dẫn được thiết lập cho các điện tử linh động (d) nhảy từ trạng thái eg của ion Mn 3+ sang trạng thái eg của ion Mn 4+. Đồng thời các điện tử này tương tác trao đổi mạnh với các điện tử định xứ nằm trên quỹ đạo t2g hình thành nên trật tự sắt từ. Tuy nhiên để giải thích rõ ràng, đầy đủ hiệu ứng CMR trong các Managanite thì chỉ có mô hình DE là chưa đủ. Để hiểu thêm về hiệu ứng này nhiều tác giả cho rằng sự tương quan điện tử - phonon, méo mạng Jahn - Teller, hiệu ứng polaron cũng ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất của các vật liệu Perovskite manganite. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của việc thay thế các nguyên tố đất hiếm (R) trong manganite (ABO3) là một trong những đề tài nghiên cứu hấp dẫn. Vì Mn tác động trực tiếp tới tương tác trao đổi và sự ảnh hưởng của việc thay thế Mn cho những nguyên tố khác là đáng kể. Đặc biệt khi chúng ta thay thế trực tiếp các nguyên tố kim loại chuyển tiếp như Fe, Co, Ni cho Mn trong hợp chất La2/3Ca1/3MnO3 thì sự thay thế đó gây ảnh hưởng rõ rệt tới các tính chất điện và từ của vật liệu. Khi pha tạp 5% nguyên tố kim loại chuyển tiếp sạch vào vị trí Mn một số tác giả đã tìm thấy sự tương quan trong số các cực đại của đường cong từ trở MR, các thông số mạng và bán kính ion của các nguyên tố thay thế. Tuy nhiên kết quả nghiên cứu của một số tác giả khác cho thấy rằng: việc thay thế các kim loại chuyển tiếp vào vị trí Mn đã làm thay đổi mạnh cấu trúc bát diện MnO6 nhưng vẫn bảo toàn cấu trúc Perovskite, chúng làm thay đổi góc liên kiết Mn - O - Mn và khoảng cách trung bình của liên kết Mn - O. Khi nồng độ pha tạp thấp, việc thay thế vị trí Manganite luôn luôn làm giảm nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ (Tc). Khi nồng độ pha tạp cao, trạng thái sắt từ bị phá vỡ và xuất hiện trạng thái kết tinh cluster [6]. Khi có sự pha tạp thì điện trở của mẫu tăng lên, trạng thái kim loại yếu dần theo sự tăng của nồng độ pha tạp trong khi trạng thái sắt từ vẫn tồn tại. Vấn đề được nhiều tác giả quan tâm là sự pha tạp các nguyên tố kim loại chuyển tiếp vào vị trí Mn thì hầu như từ trở (MR) tăng và ở vùng nhiệt độ càng thấp thì MR càng lớn. Sự thay đổi độ dài cũng như góc liên kết Mn - O - Mn khi thay thế cation La bằng ion Ca trong hợp chất LaMnO3 được coi là yếu tố quan trọng trong việc xác định tính chất của vật liệu. Đây chỉ là ảnh hưởng gián tiếp thông qua sự sắp xếp của các bát diện MnO6 trong cấu trúc tinh thể. Những kết quả gần đây cho biết sự thay thế trực tiếp Mn làm suy yếu tương tác DE và phá hủy trạng thái sắt từ kim loại. Để hiểu rõ hơn về điều này, luận văn đã chọn pha tạp trực tiếp 10% Zn (và 10% Cu) vào vị trí Mn trong hợp chất La2/3Ca1/3MnO3- để nghiên cứu một vài tính chất vật lý của nó và sử dụng định luật Bloch để đánh giá cường độ tương tác trao đổi trong hệ hợp chất, từ đó giải thích sự thay đổi nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ Tc khi tăng nồng độ pha tạp các kim loại chuyển tiếp (Zn và Cu) vào vị trí Mn trong hệ perovskite La2/3Ca1/3MnO3-. Luận văn được trình bày với những nội dung như sau: Mở đầu. Chương 1: Một số vấn đề cơ bản về vật liệu Perovskite. Chương 2: Trình bày các phương pháp thực nghiệm dùng để chế tạo mẫu và các phép đo nghiên cứu một số tính chất của vật liệu. Chương 3: Trình bày các kết quả nghiên cứu được trên các hợp chất La2/3Ca1/3Mn1- x(TM)xO3- (TM = Zn và Cu; x=0,00 và x=0,10). Kết luận. Tài liệu tham khảo. Reference TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt 1. Nguyễn Hữu Đức (2004), Vật liệu từ liên kim loại, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, trang 25, 223-224. 2. Đỗ Hồng Minh, Nguyễn Huy Sinh, Nguyễn Anh Tuấn (2004), Phys and Engineering, Hạ long. Tiếng anh 3. Ahn. K. H., Liu. K., Chien. C. L and Wu. X. W (1996), “Magnetic Properties and colossal mangnetoresistance of LaCaMnO3 materials doped with Fe’’, Phys. Rev. (B54), pp. 15299-15302. 4. Belous. G. A and Yanchevski. Z. O (2000), “Unusual substitutional properties of Cu in bulk polycrystalline samples”, Electronic properties of metals and alloys, (32), pp. 366-371. 5. Jonker. G. H and Santen. J. H (1950), “Ferromagnetic compounds of manganese with perovskite structure “ , Physica, (16), pp. 337-349. 6. Khiem. N. V., Nam. D. N. H., Phuc. X. N. APPC, Taipei, TaiWan (2000), “Proc. APPC2k”, Published of Word Scientific, pp. 691. 7. Micheal Ziese (2001), “Springer Verlag Berlin Heidelberg’’, Spin Electronics, pp. 89- 116. 8. Seong-cho. Yu (2007), “Review of the magnetocalric effect in manganite materials’’, Journal of Magnetism and Magnetic Material, (308), pp. 325-340. 9. Shi. I. B., Chen. Y. C., Young. S. L, Chen. H. Z (2001), “Evolution of Magnetotransport Properties and Spin-Glass Behavior of the La0.7-xNdxPb0.3MnO3 System ’’, The Japan Society of Applied Physics, (16), pp. 337-349. 10. Sinha. S. K., Borovik-Romanov. A. S (1988), “Spin wave and Magnetic Excitation”, Elsevier Science Publishers, (B10), pp.251-285. 11. Snyder. G., Beasley. R., Hiskes. R., Kicaroli. S., Mand Geballe. H. T (1996) Phys. Rev. (B53), pp. 14434. 12. Zhang. H. C., Shen. B. G., Gu. B. X, Zhang. S. Y (1999), “ Low-temperature magnetic properties of R0.7Pb0.3MnO3 (R=Nd and La) single crystals”,