Luận văn Nghiên cứu một số tính chất của vật liệu Perovskite La₁/₃Pb₁/₃Mn₁₋ₓZnₓO₃

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu một số tính chất của vật liệu Perovskite La₁/₃Pb₁/₃Mn₁₋ₓZnₓO₃

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  VŨ QUANG THỌ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE La2/3Pb1/3Mn1-xZnxO3 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà N ội-2014 1
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  VŨ QUANG THỌ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE La2/3Pb1/3Mn1-xZnxO3 Vật lý chất rắn Mã ngành: 60440104 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn: GS.TS. Nguyễn Huy Sinh Hà Nội-2014 2
3. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới GS.TS. Nguyễn Huy Sinh-Người thầy-Nhà khoa học đã tận tình chỉ bảo, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất và trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS. Nguyễn Bá Đức – Hiệu trưởng trường ĐH Tân Trào đã tạo mọi điều kiện cho tôi có được thời gian học tập và nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ trong Bộ môn Vật lý chất rắn, đặc biệt là tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy cô, các Cán bộ của Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà nội đã tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Nhân dịp này tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp của tôi trong Khoa Tự nhiên-Kỹ thuật Công nghệ cùng Ban giám hiệu nhà trường ĐH Tân Trào đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Cuối cùng tôi xin được dành tình cảm sâu sắc nhất, lòng biết ơn vô hạn tới Bố, Mẹ và những người thân trong gia đình, những người đã luôn song hành động viên, khích lệ tôi để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Hà Nội, tháng 6 năm 2014 Học viên Vũ Quang Thọ 3
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Hữu Đức (2004), Vật liệu từ liên kim loại, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, tr. 25, 223–224. [2] Vũ Văn Khải (2013),Tính chất điện và từ của các perovskite La2/3Ca1/3(Pb1/3)Mn1-xTMxO3 (TM = Co, Zn)trong vùng nhiệt độ 77K – 300K, Luận án tiến sĩ Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. [3] Vũ Thanh Mai (2007), Nghiên cứu các chuyển pha và hiệu ứng thay thế trong các perovskite maganite, Luận án tiến sĩ Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. [4] Đào Nguyên Hoài Nam (2001), Các tính chất thủy tinh từ trong một số vật liệu perovskite ABO3, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. [5] Nguyễn Huy Sinh (2007), Tập bài giảng: Các vấn đề mới của từ học hiện đại, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Tiếng Anh [6] Anderson P.W et al., (1975), “Theory of spin glasses”, Journal of Physics F: Metal Physics 5, pp. 965 [7] Anderson P.W. (1950), “Antiferromagnetism. Theory of superexchange interaction”, Physical Review 79, pp. 350. [8] Anderson P.W., and Hasegawa H. (1955), “Considerations on double exchange”, Physical Review 100, pp. 675–681. [9] Awana V.P.S., Schmitt E., and Gmelin (2000), “Effect of Zn substitution on paramagnetic to ferromagnetic transition temperature in La0,67Ca0,33Mn1- xZnxO3 colossal magnetoresistance materials”, Journal of Applied Physics 4
5. 87(9), pp. 5034 5036. [10] Dagotto E., Hotta T., Moreo A. (2001), “Colossal Magnetoresistance materials: The key role of phase separation”, Physics Reports 334, pp. 1 153. [11] deGennes P.G. (1960), “Effect of double exchange in magnetic Crystals”, Physical Review 118, pp. 141–145. [12] Dhahri N., Dhahri A., Cherif K., Dhahri J., Taibi K., Dhahri E. (2010), “Structural, magnetic and electrical properties of La0.67Pb0.33Mn1-xCoxO3 [13] Goldschmidt M.V. (1958), Geochemistry, Oxford University Press, pp.178. [14] Kittel C. (1986), Introduction to Solide state Physics, Sixth edition, John Wiley and Sons, Inc., New York, Chichester, Brisbance, Toronto, Singapore, tab. 1, pp. 55. [15] Kumar V.S and Mahendiran R. (2011), “Effect of impurity doping at the Mn- site on magnetocaloric effect in Pr0,6Ca0,4Mn0,96B0,04O3 (B = Al, Fe, Cr, Ni, and Ru)”, Journal of Applied physics 109, pp. 0239031 – 0239037. [16] Sotirova-Haralambeva E.V., Wang X.L., Liu K.H., Silver T., Konstantinov K., Horvat J. (2003), “Zinc doping effects on the structure, transport and magnetic properties of La0.7Sr0.3Mn1-xZnxO3 manganite oxide”, Science and Technology of Advanced Material 4, pp. 149– [17] Li X.G., Fan X.J., Ji G., Wu W.B., Wong K.H., Choy C.L., Ku H.C. (1999), “Field- induced crossover from cluster-glass to ferromagnetic state in La0,7Sr0,3Mn0,7Co0,3O3”, Journal of Applied Physics 85(3), pp 1663–1666. [18] Pattabiramana M., Adepub R., Singh N.P., Venkatesh R., Angappane S., Ramaa N., Rangaraian G. (2008), "Phase competition driven temperature broadening of colossal magnetoresistance in La0.815Sr0.185MnO3”, Journal of Alloys and Compounds 452, pp. 230–233. [19] Pena A., Gutierrez J., Barandiaran J.M., Pizarro J.L., Rojo T., Lezama L., Insausti M. (2001), “Magnetic in La0,67Pb0,33(Mn0,9TM0,1)O3 (TM = Fe, Co, Ni) 5
6. CMR perovskite”, J. Magn. Magn. Mater. 226, pp. 831–833. [20] Sotirova-Haralambeva E.V., Wang X.L., Liu K.H., Silver T., Konstantinov K., Horvat J. (2003), “Zinc doping effects on the structure, transport and magnetic properties of La0.7Sr0.3Mn1-xZnxO3 manganite oxide”, Science and Technology of Advanced Material 4, pp. 149–152. [21] Zener C. (1951), “Interaction between the d-shells in the transition metals”, Physical Review 81, pp. 440. [22] Maheswar Repaka D.V., Tripathi T.S., Aparnadevi M., and Mahendiran R., (2012), “Magnetocaloric effect and manetothermopower in the romm temperature ferromagnet Pr0,6Sr0,4MnO3”, Journal of Applied physics 112, pp. 1239151 – 1239159. 6
7. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 So sánh số phần trăm các nguyên tố thu được trong các 37 mẫu nghiên cứu từ phép đo EDS với các số liệu thu được do tínhtoán theo công thức danh định Bảng 3.2 Sự sai khác về số % các nguyên tố được xác định qua 37 phép đo EDS và tính toán theo công thức danh định. Bảng 3.3 Giá trị hằng số mạng, thể tích ô cơ sở của hệ hợp chất 40 La2/3Pb1/3Mn1-xZnxO3 Bảng 3.4 Các nhiệt độ chuyển pha TC của mẫu nghiên cứu 47 7
8. DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cấu trúc perovskite lý tưởng (a), sự sắp xếp của các bát diện 4 trong cấu trúc perovskite lý tưởng (b). Hình 1.2 Sơ đồ tách mức năng lượng của ion Mn3+[14] 7 d Hình 1.3 Hình dạng của các hàm sóng eg: (a) xy22 , (b) 8 Hình 1.4 Hình dạng của các hàm sóng t2g: (a) dxy, (b) dyz và (c) dzx 8 Hình 1.5 Méo mạng Jahn – Teller 9 Hình 1.6 Sự xen phủ trong tương tác SE 11 (a) Sự xen phủ điện tử eg trên quĩ đạo d 22 với quĩ đạo p của Hình 1.7 xy nguyên tử oxy (b) Sự xen phủ điện tử eg trên quĩ đạo d 2 với quĩ đạo p của z 13 nguyên tử oxy. (c) Sự chuyển điện tử từ ion O2 sang ion Mn3+ trong tương tác SE[21] Hình 1.8 Mô hình cơ chế tương tác trao đổi kép của chuỗi [21] 14 Hình 1.9 Sự tán xạ của các điện tử có spin up () và spin down () khi chuyểnđộng qua các lớp: 18 Sơ đồ mạch điện trở tương đương với sự sắp xếp phản sắt từ hình (a) và với sự sắp xếp sắt từ hình (b) Sơ đồ mạch điện trở tương đương với hai kênh spin điện tử up Hình 1.10 19 ()và down () [1,5] Nhiệt độ chuyển pha TC và giá trị từ trở cực đại CMRmax(%) Hình 1.11 21 8
9. phụ thuộc nhiệt độ của hệ La1-xPbxMnO3 Momen từ cực đại và Entropy từ cực đại phụ thuộc vào nồng độ Hình 1.12 22 x của hệ La1-xPbxMnO3 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo mẫu bằng phương pháp phản ứng pha 25 rắn Hình 2.2 Sơ đồ quy trình chế tạo mẫu La2/3Pb1/3Mn0.95Zn0.05O3 và 26 La2/3Pb1/3MnO3 Hình 2.3 Phản xạ Bragg từ các mặt phẳng song song 27 Hình 2.4 Sơ đồ khối của kính hiển vi điện tử 29 Hình 2.5 Thiết bị đo SEM và EDS tại Trung tâm Khoa học Vật liệu Trường 30 ĐH Khoa học Tự nhiên- ĐH QG Hà Nội Hình 2.6 Sơ đồ khối của hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) 31 Hình 2.7 Sơ đồ khối của Phép đo điện trở bằng phương pháp bốn mũi dò 33 Hình 2.8 Sơ đồ chi tiết của hệ đo điện trở bằng phương pháp bốn mũi dò 33 Phổ tán sắc năng lượng điện tử của mẫu (a) La2/3Pb1/3MnO3 và (b) Hình 3.1 36 La2/3Pb1/3Mn0,95Zn0,05O3 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của của mẫu (a) Hình 3.2 38 La2/3Pb1/3MnO3,(b) La2/3Pb1/3Mn0,95Zn0,05O3 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu (a) La Pb MnO , Hình 3.3 2/3 1/3 3 39 (b) La2/3Pb1/3Mn0,95Zn0,05O3 Hình 3.4 Đường cong điện trở phụ thuộc nhiệt độ của các mẫu nghiên 41 cứu: Hình 3.4c Đường cong R(T) của mẫu La2/3Pb1/3Mn0,95Zn0,05O3 42 9
10. Hình 3.5 Đường cong ZFC và FC của mẫu La2/3Pb1/3MnO3 44 Từ độ phụ thuộc nhiệt độ của mẫu La Pb Mn Zn O trong Hình 3.6 2/3 1/3 0,95 0,05 3 trường hợp làm lạnh có từ trường (FC) và làm lạnh không có từ 45 trường (ZFC) Hình 3.7a Đường cong dM/dT phụ thuộc nhiệt độ của mẫu La2/3Pb1/3MnO3 46 Đường cong dM/dT phụ thuộc nhiệt độ của mẫu Hình 3.7b 47 La2/3Pb1/3Mn0,95Zn0,05O3. Hiệu M = MFC – MZFC phụ thuộc nhiệt độ của mẫu Hình 3.8 49 La2/3Pb1/3MnO3 Hiệu M = MFC – MZFC phụ thuộc nhiệt độ của mẫu Hình 3.9 49 La2/3Pb1/3Mn0,95Zn0,05O3 10