Nghiên Cứu Tính Chất Điện và Từ của Các Perovskite La23Ca13Pb13Mn1 XTMXO3 TM Co Zn trong Khoảng Nhiệt Độ 77-300K

• Tác giả: Vũ Văn Khải
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý
• Đề tài: Tính Chất Điện và Từ của Các Perovskite La2/3Ca1/3(Pb1/3)Mn1-xTMxO3 (TM = Co, Zn) Trong Nhiệt Độ 77 – 300K
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PEROVSKITE CÓ CẤU TRÚC ABO3
• 1.1. Cấu trúc lý tưởng của vật liệu perovskite manganite LaMnO3
• 1.2. Ảnh hưởng của trường bát diện MnO6 lên tính chất vật lý trong hệ vật liệu perovskite manganite
• 1.3. Các hiện tượng méo mạng trong perovskite manganite
• 1.4. Ảnh hưởng của tương tác trao đổi kép, tương tác siêu trao đổi lên tính chất điện và từ trong các perovskite
• 1.4.1. Tương tác siêu trao đổi (SE)
• 1.4.2. Tương tác trao đổi kép (DE)
• 1.5. Hiệu ứng từ trở khổng lồ trong các perovskite manganite
• 1.6. Cơ chế tán xạ phụ thuộc spin
• 1.7. Tìm hiểu giản đồ pha của các hợp chất La1-xCaxMnO3 và La1-xSrxMnO3: Các tính chất điện và từ
• 1.8. Hợp chất perovskite A2/3B1/3Mn1-xCoxO3
• 1.8.1. Lý thuyết trường tinh thể và trạng thái spin trong hợp chất perovskite chứa Co
• 1.8.2. Một số đặc trưng của vật liệu perovskite pha tạp kim loại phi từ Zn
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Phương pháp chế tạo mẫu
• 2.1.1. Qui trình chế tạo các mẫu
• 2.1.2. Chế tạo các mẫu nghiên cứu
• 2.2. Nghiên cứu cấu trúc tinh thể
• 2.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (tia X)
• 2.3. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ tán sắc năng lượng (EDS)
• 2.4. Đo điện trở, từ trở bằng phương pháp bốn mũi dò
• 2.4.1. Phép đo điện trở
• 2.4.2. Phép đo từ trở
• 3. CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHA TẠP Co VÀ Zn VÀO VỊ TRÍ Mn TRONG HỆ HỢP CHẤT La2/3Ca1/3Mn1-xTMxO3 (TM = Co, Zn với x = 0,00; 0,05; 0,10; 0,15; 0,20; 0,25 và 0,30)
• 3.1. Phổ tán sắc năng lượng (EDS) và ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.1.1. Phổ tán sắc năng lượng EDS
• 3.1.2. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.2. Nghiên cứu cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X (XPD)
• 3.3. Ảnh hưởng của tỉ số Mn3+/Mn4+ lên tính chất điện và từ trong hợp chất perovskite manganite
• 3.4. Nghiên cứu tính chất điện
• 3.4.1. Xác định năng lượng kích hoạt (Ea) từ đường cong điện trở phụ thuộc nhiệt độ
• 3.5. Nghiên cứu tính chất từ
• 3.5.1. Đường cong từ hoá MFC và MZFC
• 3.5.2. Từ độ phụ thuộc nhiệt độ
• 3.5.3. Từ trở phụ thuộc nhiệt độ trong vùng từ trường thấp H = 0,0–0,4 T
• 3.5.4. Từ trở phụ thuộc vào từ trường tại mỗi nhiệt độ xác định
• 3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• 4. CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT ĐIỆN, TỪ CỦA HỆ HỢP CHẤT La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0,00; 0,05; 0,10; 0,20 và 0,30)
• 4.1. Phân tích phổ tán sắc năng lượng (EDS) của các mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0,00 – 0,30)
• 4.2. Nghiên cứu cấu trúc bề mặt mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0,00 – 0,30) bằng ảnh SEM
• 4.3. Nghiên cứu cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X
• 4.4. Từ độ phụ thuộc nhiệt độ của hệ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (0,00 ≤ x ≤ 0,30)
• 4.5. Điện trở phụ thuộc nhiệt độ của hệ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0,00 – 0,30) trong vùng từ trường thấp H = 0,00 – 0,40 T
• 4.6. Từ trở trong vùng từ trường thấp (H = 0,0 – 0,4 T) của hệ La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0,00 – 0,30)
• 4.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
• KẾT LUẬN CHUNG
• CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về perovskite có cấu trúc ABO3

Chương này trình bày về cấu trúc lý tưởng của vật liệu perovskite manganite LaMnO3, nhấn mạnh ảnh hưởng của trường bát diện MnO6 lên tính chất điện và tính chất từ của hệ vật liệu. Các hiện tượng méo mạng trong perovskite manganite được phân tích, cùng với ảnh hưởng của tương tác trao đổi kép và tương tác siêu trao đổi lên tính chất điện và tính chất từ. Hiệu ứng từ trở khổng lồ trong các perovskite manganite cũng được đề cập, cùng với cơ chế tán xạ phụ thuộc spin. Giản đồ pha của các hợp chất La1-xCaxMnO3 và La1-xSrxMnO3 được nghiên cứu để làm rõ các tính chất điện và tính chất từ của chúng.

1.1 Cấu trúc lý tưởng của vật liệu perovskite manganite

Cấu trúc lý tưởng của perovskite manganite LaMnO3 được mô tả với các thông số mạng và thể tích ô cơ sở. Sự sắp xếp của các bát diện trong cấu trúc này ảnh hưởng lớn đến tính chất điện và tính chất từ của vật liệu. Các nghiên cứu cho thấy rằng sự thay đổi trong cấu trúc có thể dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong các tính chất vật lý của vật liệu, mở ra khả năng ứng dụng trong công nghệ điện tử và từ điện tử học.

1.2 Ảnh hưởng của tương tác trao đổi kép và siêu trao đổi

Tương tác trao đổi kép (DE) và tương tác siêu trao đổi (SE) là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất điện và tính chất từ của các vật liệu perovskite. Nghiên cứu cho thấy rằng DE có thể tạo ra các trạng thái từ khác nhau trong vật liệu, trong khi SE có thể làm tăng cường hiệu ứng từ trở khổng lồ. Các cơ chế này được phân tích chi tiết để hiểu rõ hơn về cách chúng ảnh hưởng đến các tính chất vật lý của hệ vật liệu.

II. Phương pháp thực nghiệm

Chương này mô tả các phương pháp thực nghiệm được sử dụng để chế tạo và nghiên cứu các mẫu perovskite. Phương pháp chế tạo mẫu bao gồm quy trình gốm và các kỹ thuật phân tích như nhiễu xạ tia X (XPD) và phổ tán sắc năng lượng (EDS). Các phép đo điện trở và từ trở được thực hiện bằng phương pháp bốn mũi dò, cho phép xác định các tính chất điện và tính chất từ của mẫu trong khoảng nhiệt độ từ 77K đến 300K. Các kết quả thu được từ các phép đo này sẽ cung cấp thông tin quan trọng về ảnh hưởng của sự pha tạp vào vị trí Mn trong cấu trúc perovskite.

2.1 Qui trình chế tạo các mẫu

Qui trình chế tạo các mẫu perovskite được thực hiện theo phương pháp gốm, đảm bảo tính đồng nhất và chất lượng của mẫu. Các thông số như nhiệt độ nung và thời gian nung được tối ưu hóa để đạt được cấu trúc tinh thể mong muốn. Việc kiểm soát các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo rằng các mẫu có thể hiện các tính chất điện và tính chất từ tốt nhất.

2.2 Nghiên cứu cấu trúc tinh thể

Nghiên cứu cấu trúc tinh thể của các mẫu được thực hiện thông qua phương pháp nhiễu xạ tia X (XPD). Kết quả từ XPD cho phép xác định các thông số mạng và cấu trúc tinh thể của mẫu, từ đó đánh giá ảnh hưởng của sự pha tạp đến tính chất điện và tính chất từ. Phân tích này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách mà cấu trúc ảnh hưởng đến các tính chất vật lý của vật liệu.

III. Ảnh hưởng của sự pha tạp Co và Zn vào vị trí Mn

Chương này tập trung vào việc nghiên cứu ảnh hưởng của sự pha tạp Co và Zn vào vị trí Mn trong các hệ hợp chất La2/3Ca1/3Mn1-xTMxO3 (TM = Co, Zn). Các kết quả cho thấy rằng sự pha tạp này có thể làm thay đổi đáng kể tính chất điện và tính chất từ của vật liệu. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tỉ số Mn3+/Mn4+ có ảnh hưởng lớn đến các tính chất này, từ đó mở ra hướng nghiên cứu mới cho các ứng dụng trong công nghệ điện tử.

3.1 Nghiên cứu tính chất điện

Nghiên cứu tính chất điện của các mẫu cho thấy rằng sự pha tạp Co và Zn làm thay đổi năng lượng kích hoạt (Ea) và điện trở của vật liệu. Các đường cong điện trở phụ thuộc nhiệt độ được phân tích để xác định các cơ chế dẫn điện trong hệ vật liệu. Kết quả cho thấy rằng sự pha tạp có thể làm tăng cường hoặc giảm thiểu tính chất điện, tùy thuộc vào nồng độ pha tạp.

3.2 Nghiên cứu tính chất từ

Nghiên cứu tính chất từ của các mẫu cho thấy rằng sự pha tạp Co và Zn ảnh hưởng đến từ độ phụ thuộc nhiệt độ. Các đường cong từ hóa được phân tích để xác định các trạng thái từ khác nhau trong hệ vật liệu. Kết quả cho thấy rằng sự pha tạp có thể làm thay đổi nhiệt độ Curie (TC) và từ trở, mở ra khả năng ứng dụng trong các thiết bị từ điện tử.

IV. Cấu trúc tính chất điện từ của hệ hợp chất La2 3Pb1 3Mn1 xCoxO3

Chương này nghiên cứu cấu trúc và tính chất điện, tính chất từ của hệ hợp chất La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3. Các mẫu được chế tạo và phân tích bằng các phương pháp như SEM và XPD. Kết quả cho thấy rằng sự pha tạp Co vào vị trí Mn có thể làm thay đổi đáng kể các tính chất điện và tính chất từ của vật liệu, đặc biệt là trong vùng nhiệt độ từ 77K đến 300K. Nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng cho việc phát triển các vật liệu mới trong lĩnh vực điện tử và từ điện tử học.

4.1 Phân tích phổ tán sắc năng lượng EDS

Phân tích phổ tán sắc năng lượng (EDS) được thực hiện để xác định thành phần hóa học của các mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3. Kết quả cho thấy rằng sự pha tạp Co có thể làm thay đổi tỷ lệ các ion trong cấu trúc, từ đó ảnh hưởng đến tính chất điện và tính chất từ. Phân tích này giúp hiểu rõ hơn về cơ chế ảnh hưởng của sự pha tạp đến các tính chất vật lý của hệ.

4.2 Nghiên cứu cấu trúc bề mặt mẫu

Nghiên cứu cấu trúc bề mặt của mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 bằng ảnh SEM cho thấy sự thay đổi trong cấu trúc bề mặt khi có sự pha tạp Co. Các hình ảnh SEM cho thấy sự phân bố không đồng nhất của các thành phần trong mẫu, điều này có thể ảnh hưởng đến tính chất điện và tính chất từ. Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách mà cấu trúc bề mặt ảnh hưởng đến các tính chất vật lý của vật liệu.