I. Nghiên cứu chế tạo BiFeO3
Nghiên cứu chế tạo BiFeO3 là trọng tâm của luận văn, tập trung vào việc tạo ra vật liệu BiFeO3 (BFO) thông qua phương pháp phản ứng pha rắn. Phương pháp này được lựa chọn do tính hiệu quả trong việc kiểm soát thành phần và cấu trúc tinh thể của vật liệu. Quá trình chế tạo bao gồm việc nung hỗn hợp các nguyên liệu ban đầu ở nhiệt độ cao, sau đó làm nguội và nghiền mịn để thu được mẫu vật liệu đồng nhất. Vật liệu BiFeO3 được biết đến với tính chất đa sắt từ, kết hợp cả tính sắt điện và từ tính, làm cho nó trở thành ứng cử viên tiềm năng trong các thiết bị điện tử thế hệ mới.
1.1. Phương pháp phản ứng pha rắn
Phương pháp phản ứng pha rắn được sử dụng để chế tạo vật liệu BiFeO3. Quá trình này bao gồm việc trộn các nguyên liệu ban đầu như Bi2O3 và Fe2O3 theo tỷ lệ thích hợp, sau đó nung ở nhiệt độ cao (khoảng 800-900°C) để tạo ra phản ứng hóa học giữa các thành phần. Kết quả thu được là vật liệu BFO có cấu trúc tinh thể perovskite, được kiểm tra bằng các phương pháp phân tích như nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử quét (SEM).
II. Đồng pha tạp La và Mn
Đồng pha tạp La và đồng pha tạp Mn là hai yếu tố chính được nghiên cứu để cải thiện tính chất vật lý của vật liệu BiFeO3. Việc pha tạp La (Lanthanum) và Mn (Mangan) vào cấu trúc BFO nhằm mục đích điều chỉnh các tính chất điện từ và cấu trúc tinh thể của vật liệu. Ảnh hưởng của La đến BiFeO3 được thể hiện qua việc thay đổi cấu trúc tinh thể và tăng cường tính sắt điện, trong khi ảnh hưởng của Mn đến BiFeO3 tập trung vào việc cải thiện tính chất từ tính và giảm cấu trúc xoắn ốc trong spin của vật liệu.
2.1. Ảnh hưởng của La đến BiFeO3
Ảnh hưởng của La đến BiFeO3 được nghiên cứu thông qua việc thay thế một phần ion Bi bằng ion La. Kết quả cho thấy sự thay đổi đáng kể trong cấu trúc tinh thể, cụ thể là sự giảm kích thước ô mạng và tăng cường tính sắt điện. Điều này làm cho vật liệu trở nên phù hợp hơn cho các ứng dụng trong thiết bị lưu trữ dữ liệu và cảm biến điện tử.
2.2. Ảnh hưởng của Mn đến BiFeO3
Ảnh hưởng của Mn đến BiFeO3 được khảo sát bằng cách thay thế một phần ion Fe bằng ion Mn. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể trong tính chất từ tính, đặc biệt là sự giảm cấu trúc xoắn ốc trong spin của vật liệu. Điều này làm tăng độ từ hóa vĩ mô, mở ra tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị từ tính và điện từ.
III. Tính chất vật lý của BiFeO3
Tính chất vật lý BiFeO3 bao gồm các đặc điểm điện từ, từ tính và quang học của vật liệu. Tính chất điện từ BiFeO3 được nghiên cứu thông qua việc đo độ phân cực điện và độ từ hóa, trong khi tính chất từ tính BiFeO3 được đánh giá qua các phép đo từ kế. Tính chất quang BiFeO3 cũng được khảo sát để hiểu rõ hơn về khả năng hấp thụ và phát xạ ánh sáng của vật liệu. Những nghiên cứu này giúp xác định các ứng dụng tiềm năng của BFO trong các lĩnh vực như thiết bị lưu trữ dữ liệu, cảm biến và quang điện tử.
3.1. Tính chất điện từ
Tính chất điện từ BiFeO3 được nghiên cứu thông qua việc đo độ phân cực điện và độ từ hóa. Kết quả cho thấy vật liệu có độ phân cực điện lớn (khoảng 100 µC/cm2) và nhiệt độ chuyển pha sắt điện cao (khoảng 1100 K), làm cho nó trở thành ứng cử viên tiềm năng trong các thiết bị lưu trữ dữ liệu và cảm biến điện tử.
3.2. Tính chất từ tính
Tính chất từ tính BiFeO3 được đánh giá qua các phép đo từ kế. Kết quả cho thấy vật liệu có cấu trúc spin xoắn ốc loại G, làm triệt tiêu độ từ hóa vĩ mô. Tuy nhiên, việc pha tạp Mn đã giúp giảm cấu trúc xoắn ốc và tăng độ từ hóa, mở ra tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị từ tính.
