I. Vật liệu perovskite
Vật liệu perovskite ABO3 đã được nghiên cứu từ đầu thế kỷ 19, nhưng chỉ gần đây mới thu hút sự chú ý của các nhà khoa học. Cấu trúc tinh thể của vật liệu này có dạng lập phương, với các cation A và B được sắp xếp theo một cách đặc biệt. Việc pha tạp các nguyên tố như Ba, Sr, Fe, Ni, Y, Nd, Ti vào vị trí A hoặc B đã dẫn đến nhiều hiện tượng vật lý thú vị như hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng từ nhiệt, và từ trở khổng lồ. Những hiện tượng này mở ra nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như điện tử, thông tin, và năng lượng. Đặc biệt, vật liệu orthoferrite LnFeO3, với chất nền LaFeO3, đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc làm chất xúc tác trong các phản ứng hóa học, cũng như trong việc phát hiện khí độc.
1.1 Cấu trúc tinh thể của vật liệu perovskite ABO3
Cấu trúc tinh thể của vật liệu perovskite ABO3 được mô tả bằng hình lập phương với các cation A và B. Cation A nằm ở các đỉnh của hình lập phương, trong khi cation B nằm ở tâm. Sự sắp xếp này tạo ra một mạng tinh thể ổn định, ảnh hưởng đến tính chất điện và tính chất từ của vật liệu. Khi có sự thay thế ion, cấu trúc này có thể bị méo, dẫn đến sự thay đổi trong các tính chất vật lý. Sự tách mức năng lượng trong trường tinh thể và hiệu ứng Jahn-Teller cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các tính chất này.
1.2 Các tương tác vi mô trong vật liệu perovskite
Trong vật liệu perovskite, các tương tác vi mô như tương tác siêu trao đổi và tương tác trao đổi kép rất quan trọng. Tương tác siêu trao đổi xảy ra giữa các cation kim loại chuyển tiếp thông qua anion O2-, trong khi tương tác trao đổi kép giải thích sự chuyển pha từ phản sắt từ sang sắt từ khi có sự pha tạp. Những tương tác này không chỉ ảnh hưởng đến tính chất điện mà còn đến tính chất từ của vật liệu, tạo ra các hiện tượng như từ trở khổng lồ và hiệu ứng nhiệt điện.
II. Các phương pháp thực nghiệm
Chương này trình bày các phương pháp chế tạo mẫu và khảo sát cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi, cũng như các tính chất điện và từ của vật liệu. Việc chế tạo mẫu được thực hiện thông qua các phương pháp hóa học và vật lý, đảm bảo rằng các mẫu đạt được có chất lượng cao và đồng nhất. Các phương pháp khảo sát như phân tích cấu trúc tinh thể và khảo sát tính chất từ được sử dụng để đánh giá các đặc tính của vật liệu. Kết quả từ các phương pháp này sẽ cung cấp thông tin quan trọng về tính chất điện và tính chất từ của vật liệu perovskite La1-xYxFeO3.
2.1 Chế tạo mẫu
Quá trình chế tạo mẫu vật liệu perovskite La1-xYxFeO3 được thực hiện thông qua các phương pháp hóa học như sol-gel và đồng kết tủa. Những phương pháp này cho phép kiểm soát tốt các điều kiện phản ứng, từ đó tạo ra các mẫu với cấu trúc tinh thể đồng nhất. Việc lựa chọn nguyên liệu và điều kiện chế tạo là rất quan trọng để đảm bảo rằng các mẫu đạt được có tính chất điện và từ mong muốn.
2.2 Khảo sát cấu trúc tinh thể
Khảo sát cấu trúc tinh thể được thực hiện bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), cho phép xác định cấu trúc và độ tinh khiết của mẫu. Kết quả từ XRD cho thấy các đỉnh nhiễu xạ rõ ràng, xác nhận rằng mẫu có cấu trúc perovskite. Sự thay đổi trong các thông số mạng cũng được ghi nhận khi có sự pha tạp, điều này ảnh hưởng đến tính chất điện và tính chất từ của vật liệu.
III. Kết quả và thảo luận
Chương này trình bày các kết quả nghiên cứu về cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi, và các tính chất điện và từ của mẫu La1-xYxFeO3. Các kết quả cho thấy rằng việc pha tạp Y vào cấu trúc perovskite đã dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong các tính chất điện và từ. Cụ thể, tính chất điện của vật liệu được cải thiện, cho thấy khả năng dẫn điện tốt hơn so với mẫu không pha tạp. Bên cạnh đó, các tính chất từ cũng cho thấy sự thay đổi, với sự xuất hiện của các hiện tượng như từ trở khổng lồ.
3.1 Cấu trúc tinh thể của hệ La1 xYxFeO3
Kết quả từ phân tích XRD cho thấy rằng cấu trúc tinh thể của hệ La1-xYxFeO3 vẫn giữ được dạng perovskite ngay cả khi có sự pha tạp. Tuy nhiên, các thông số mạng có sự thay đổi rõ rệt, cho thấy rằng sự thay thế Y vào vị trí A đã làm thay đổi cấu trúc tinh thể. Điều này có thể ảnh hưởng đến tính chất điện và tính chất từ của vật liệu, mở ra hướng nghiên cứu mới cho các ứng dụng trong công nghệ điện tử.
3.2 Tính chất điện
Các kết quả khảo sát tính chất điện cho thấy rằng mẫu La1-xYxFeO3 có khả năng dẫn điện tốt hơn so với mẫu không pha tạp. Sự cải thiện này có thể được giải thích bởi sự hình thành các trạng thái dẫn điện mới do sự pha tạp Y. Điều này mở ra khả năng ứng dụng của vật liệu trong các thiết bị điện tử và cảm biến, nơi mà tính chất điện là yếu tố quan trọng.
