Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu chuyển pha từ điện trong các perovskite La0,7Sr0,3MnO3:Ni và La2NiO4+δ:BaTiO3

• Tác giả: Lê Thị Anh Thư
• Người hướng dẫn: Bạch Thành Công
• Trường học: Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
• Đề tài: Chế tạo vật liệu, nghiên cứu một số chuyển pha từ - điện trong các perovskite La0,7Sr0,3MnO3:Ni và La2NiO4+δ:BaTiO3
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN PHA TỪ - ĐIỆN VÀ VẬT LIỆU PEROVSKITE HỌ LANTHANUM (La), SẮT ĐIỆN BaTiO3
• 1.1. Chuyển pha loại 2 sắt từ - thuận từ và các chỉ số tới hạn
• 1.2. Lý thuyết trường trung bình
• 1.3. Tương tác trao đổi. Mô hình Heisenberg
• 1.4. Lý thuyết Landau cho chuyển pha sắt từ thuận từ
• 1.5. Tính chất tới hạn
• 1.6. Phương pháp xác định tham số tới hạn
• 1.7. Chuyển pha kim loại – điện môi
• 1.8. Cấu trúc vùng năng lượng điện tử trong tinh thể. Mô hình Mott-Hubbard
• 1.9. Mô hình dẫn polaron
• 1.10. Vật liệu La0,7Sr0,3MnO3
• 1.10.1. Cấu trúc tinh thể
• 1.10.2. Tính chất từ
• 1.10.3. Tính chất điện
• 1.11. Vật liệu sắt điện BaTiO3
• 1.11.1. Cấu trúc tinh thể
• 1.11.2. Tính chất sắt điện
• 1.11.3. Sự ảnh hưởng nút khuyết oxy lên tính chất của BTO
• 1.12. Vật liệu La2NiO4+δ
• 1.12.1. Cấu trúc tinh thể
• 1.12.2. Tính chất từ
• 1.13. Vật liệu đa pha sắt điện – sắt từ và ứng dụng
• 1.14. Vật liệu perovskite đa pha sắt điện, sắt từ
• 1.15. Ứng dụng trong lĩnh vực spin tử (spintronics)
• 1.16. Ứng dụng trong pin nhiên liệu rắn
• 1.17. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Chế tạo mẫu
• 2.1.1. Chế tạo mẫu La2NiO4+δ
• 2.1.2. Chế tạo mẫu BTO
• 2.1.3. Chế tạo hệ (La2NiO4+δ)1-x(BaTiO3)x
• 2.1.4. Chế tạo hệ La0,7Sr0,3Mn1-xNixO3
• 2.2. Các phương pháp đo đặc trưng
• 2.2.1. Nhiễu xạ tia X
• 2.2.2. Kính hiển vi điện tử quét và truyền qua
• 2.2.3. Phương pháp bốn mũi dò
• 2.2.4. Hệ đo tính chất từ
• 2.3. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT TỚI HẠN CỦA HỆ La0,7Sr0,3Mn1-xNixO3
• 3.1. Cấu trúc tinh thể
• 3.2. Tính chất tới hạn
• 3.3. Chuyển pha sắt từ - thuận từ
• 3.4. Xác định tham số tới hạn
• 3.5. Kết quả đánh giá các tham số tới hạn và nhận xét
• 3.6. Kết luận chương
• 4. CHƯƠNG 4: HỆ (La2NiO4+δ)1-x(BaTiO3)x với x: 0,0 – 0,5
• 4.1. Cấu trúc tinh thể hệ composite (LNO)1-x(BTO)x
• 4.1.1. Cấu trúc perovskite LNO, BTO
• 4.1.2. Đánh giá hai phương pháp chế tạo
• 4.1.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X
• 4.1.4. Ảnh SEM và cấu trúc hạt của các mẫu composite LNO1-xBTOx
• 4.1.5. Ảnh HRTEM và cấu trúc giả lõi vỏ
• 4.2. Tính chất từ của hệ LNO1-xBTOx
• 4.3. Sự tăng độ dẫn của hệ LNO1-xBTOx, x: 0,0 – 0,5 và chuyển pha kim loại điện – môi ở vùng nhiệt độ cao
• 4.4. Tính chất điện
• 4.5. Cơ chế chuyển pha kim loại điện môi
• 4.6. Kết luận chương
• MỞ ĐẦU
• KẾT LUẬN CHUNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu chuyển pha từ điện trong perovskite

Nghiên cứu chuyển pha từ điện trong các vật liệu perovskite như La0,7Sr0,3MnO3:Ni và La2NiO4+δ:BaTiO3 đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực vật lý chất rắn. Các vật liệu này không chỉ có tính chất điện từ độc đáo mà còn có tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị điện tử và năng lượng. Việc hiểu rõ về cơ chế chuyển pha và các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện từ của chúng là rất quan trọng.

1.1. Đặc điểm của vật liệu perovskite La0 7Sr0 3MnO3 Ni

Vật liệu La0,7Sr0,3MnO3:Ni là một trong những ví dụ điển hình của perovskite manganite, nổi bật với hiệu ứng từ trở khổng lồ (CMR). Cấu trúc tinh thể của nó cho phép sự tương tác mạnh mẽ giữa các ion, dẫn đến các tính chất điện từ đặc biệt. Nghiên cứu cho thấy rằng việc thay thế Ni vào cấu trúc này có thể làm thay đổi đáng kể tính chất điện từ của vật liệu.

1.2. Tính chất điện từ của La2NiO4 δ BaTiO3

La2NiO4+δ:BaTiO3 là một vật liệu perovskite sắt điện, có khả năng chuyển pha kim loại - điện môi (MIT) ở nhiệt độ cao. Sự kết hợp giữa La2NiO4+δ và BaTiO3 tạo ra một hệ composite với tính chất điện từ đa dạng, mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong các thiết bị điện tử và cảm biến.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu chuyển pha từ điện

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về chuyển pha từ điện trong các vật liệu perovskite, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Một trong những vấn đề chính là sự hiểu biết chưa đầy đủ về cơ chế chuyển pha và các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện từ của vật liệu. Điều này đòi hỏi các phương pháp nghiên cứu mới và các mô hình lý thuyết chính xác hơn.

2.1. Khó khăn trong việc xác định tham số tới hạn

Việc xác định các tham số tới hạn trong chuyển pha từ điện là một thách thức lớn. Các nghiên cứu hiện tại thường gặp khó khăn trong việc đo đạc và phân tích các thông số này, dẫn đến những kết luận chưa chính xác về cơ chế chuyển pha.

2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất điện từ

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất điện từ của vật liệu perovskite. Sự thay đổi nhiệt độ có thể dẫn đến sự chuyển pha từ điện, nhưng cơ chế chính xác của quá trình này vẫn chưa được hiểu rõ. Nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định các điều kiện nhiệt độ tối ưu cho từng loại vật liệu.

III. Phương pháp nghiên cứu chuyển pha từ điện hiệu quả

Để nghiên cứu chuyển pha từ điện trong các vật liệu perovskite, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp xác định tính chất điện từ mà còn cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế chuyển pha.

3.1. Phương pháp chế tạo mẫu vật liệu perovskite

Việc chế tạo mẫu vật liệu perovskite là bước đầu tiên và quan trọng trong nghiên cứu. Các phương pháp như sol-gel, gốm và thủy phân đã được sử dụng để tạo ra các mẫu vật liệu với cấu trúc và tính chất mong muốn. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến chất lượng và tính chất của vật liệu.

3.2. Các phương pháp đo đạc tính chất điện từ

Các phương pháp đo đạc như nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử quét và phương pháp bốn mũi dò được sử dụng để xác định các tính chất điện từ của vật liệu. Những phương pháp này cho phép phân tích cấu trúc tinh thể, tính chất từ và điện của vật liệu một cách chính xác.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu perovskite trong điện tử

Vật liệu perovskite như La0,7Sr0,3MnO3:Ni và La2NiO4+δ:BaTiO3 có nhiều ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực điện tử. Chúng có thể được sử dụng trong các thiết bị cảm biến, pin nhiên liệu và các ứng dụng spintronics.

4.1. Ứng dụng trong cảm biến từ

Vật liệu perovskite manganite với hiệu ứng từ trở khổng lồ có thể được sử dụng trong các thiết bị cảm biến từ. Chúng có khả năng phát hiện các thay đổi nhỏ trong từ trường, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng cảm biến.

4.2. Tiềm năng trong pin nhiên liệu

La2NiO4+δ:BaTiO3 có thể được sử dụng làm điện cực trong pin nhiên liệu rắn. Tính chất điện từ của vật liệu này giúp cải thiện hiệu suất và độ bền của pin, mở ra cơ hội cho các ứng dụng năng lượng sạch.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu chuyển pha từ điện

Nghiên cứu chuyển pha từ điện trong các vật liệu perovskite đang mở ra nhiều hướng đi mới trong lĩnh vực vật lý chất rắn. Những hiểu biết sâu sắc về cơ chế chuyển pha và tính chất điện từ của chúng sẽ giúp phát triển các ứng dụng công nghệ tiên tiến trong tương lai.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các mô hình lý thuyết chính xác hơn để giải thích cơ chế chuyển pha. Đồng thời, việc nghiên cứu các vật liệu mới và cải tiến phương pháp chế tạo cũng sẽ là những hướng đi quan trọng.

5.2. Tầm quan trọng của vật liệu perovskite trong công nghệ

Vật liệu perovskite không chỉ có tiềm năng ứng dụng trong điện tử mà còn trong nhiều lĩnh vực khác như năng lượng và môi trường. Sự phát triển của các vật liệu này sẽ đóng góp lớn vào sự tiến bộ của công nghệ trong tương lai.