Chế tạo và nghiên cứu vật liệu Multiferroic (LaFeO3-PZT)

64 352 0
Chế tạo và nghiên cứu vật liệu Multiferroic (LaFeO3-PZT)

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Đ I H C QU C GIA HĨ N I TR NG Đ I H C KHOA H C T -o0o - NHIểN VŨ TỐNG LỂM CH T O VĨ NGHIểN C U V T LI U MULTIFERROIC LaFeO3 - PZT LU N VĂN TH C Sƾ KHOA H C HĨ N I - 2011 Đ I H C QU C GIA HĨ N I TR NG Đ I H C KHOA H C T NHIểN -o0o - VŨ TỐNG LỂM CH T O VĨ NGHIểN C U V T LI U MULTIFERROIC LaFeO3 - PZT Chuyên ngƠnh: V t lý ch t r n Mư s : 60 44 07 LU N VĂN TH C Sƾ KHOA H C NG IH NG D N KHOA H C: PGS TS Đ NG Lể MINH HĨ N I - 2011 L I CAM ĐOAN Tôiăxinăcamăđoan,ăb năluậnăvĕnănàyădoăchínhătôi - họcăviênăVũăTùngă Lâm - chuyênăngànhăVậtălýăchấtărắn,ăKhoaăVậtălý,ătrư ngăĐ iăhọcăKhoaăhọcă Tựănhiên,ăĐ iăhọcăQuốcăgiaăHàăNộiăhoànăthànhădướiăsựăhướngădẫnăkhoaăhọcă củaăPGS.TS.ăĐặngăLêăMinh.ăB năluậnăvĕnăkhôngăsaoăchépăkếtăqu ătừăbấtăkỳă cácătàiăliệuănào.ăNếuăb năluậnăvĕnănàyăđượcăsaoăchépătừăbấtăkỳătàiăliệuănàoătôiă xinăhoànătoànăchịuătráchănhiệmătrướcăđơnăvịăđàoăt oăvàăphápăluật L IC M N Trướcă tiên,ă emă xină chână thànhă c mă ơnă thầyă giáoă PGS.TSă Đặngă Lêă Minh,ăngư iăthầyăđãătậnătìnhăchỉăb oăemăsuốtătrongăquáătrìnhăthamăgiaănghiênă cứuăkhoaăhọcăvàălàmăluậnăvĕnătốtănghiệp Emă cũngăxinăgửiăl iă c mă ơnă tớiăcácă thầyă côă bộă mônă Vậtălýă chấtă rắn,ă Khoa Vậtălý,ăTrư ngăĐ iăhọcăKhoaăhọcăTựănhiênăđãătrangăbịăchoăemănhữngă kiếnăthứcăcầnăthiết,ăcũngănhưăđượcăt oăđiềuăkiệnăthuậnălợiănhấtătrongăhọcătậpă vàănghiênăcứuăkhoaăhọc Cuốiăcùng,ăemăxinăgửiăl iăc măơnăđặcăbiệtătớiăgiaăđìnhăvàăb năbèăcủaă em,ănhữngăngư iăđãăluônăgiúpăđỡ,ăđộngăviên,ăkhuyếnăkhíchăemătrongăhaiănĕmă học,ăcũngănhưătrongăquáătrìnhăhoànăthànhăluậnăvĕn M CL C M C L C M Ch Đ U ng V T LI U MULTIFERROIC - V T LI U PEROVSKITE S T ĐI N, S T T 1.1 VàiănétăvềăvậtăliệuăMultiferroic 1.β.ăVậtăliệuăperovskiteăABO3 18 1.2.1 VậtăliệuăABO3 biếnătính,ăvậtăliệuăperovskiteăsắtătừ 19 1.2.2 VậtăliệuăPerovskiteăsắtăđiện 19 1.β.γ.ăCácătínhăchấtăcủaăsắtăđiện 20 1.β.4.ăVậtăliệuăsắtăđiệnăPZT 22 1.3 Vậtăliệuăorthoferriteă(PerovskiteăLaFeO3) 23 Ch ng CÁC PH NG PHÁP TH C NGHI M 24 β.1.ăChếăt oămẫu 24 β.β.ăKh oăsátăcấuătrúcătinhăthể,ăcấuătrúcătếăviăvàătínhăchấtăđiện,ătừ 24 2.2.1.ăPhânătíchăcấuătrúcătinhăthể 24 2.2.2 Kh oăsátăcấuătrúcătếăvi 25 2.2.3.ăKh oăsátătínhăchấtătừ 26 2.2.4.ăKh oăsátătínhăchấtăđiện 26 Ch ng K T QU VĨ TH O LU N 27 3.1 Chếăt oămẫu 27 3.1.1 Chếăt oămẫuăbộtănanôăLaFeO3 bằngăphươngăphápăsol-gel 27 3.1.2 Chếăt oămẫuă(PZT) 28 3.1.3 Chếăt oămẫuăcompositeă(PZT)1-x(LaFeO3)x 28 γ.β.ăKếtăqu ăvàăth oăluận 30 3.2.1 Nghiênăcứuăcấuătrúcătinhăthểăvàăcấuătrúcătếăvi 30 3.2.1.1 CấuătrúcătinhăthểăcủaănanoăLaFeO3 30 3.2.1.β.ăCấuătrúcătinhăthểăcủaămẫuă(PZT)0.99 (LaFeO3)0.01 (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 32 γ.γ.ăCấuătrúcătếăviăcủaăLaFeO3 vàăcácămẫuă(PZT)0.99 (LaFeO3)0.01; (PZT)0.97 (LaFeO3)0.03 34 γ.γ.1.ăCấuătrúcătếăviăcủaămẫuăLaFeO3 chếăt oăbằngăphươngăphápăsol-gel 34 3.3.2 Cấuătrúcătếăviăcủaămẫuă(PZT)0.99 (LaFeO3)0.01 (PZT)0.97 (LaFeO3)0.03 chếăt oăbằngăphươngăphápăgốm 35 γ.4.ăTínhăchấtăsắtătừ 36 γ.4.1.ăĐư ngăcongăM(T)ăvàăM(H)ăcủaămẫuănano-LaFeO3 chếăt oăbằngă phươngăphápăsol-gel 36 γ.4.β.ăTínhăchấtăsắtătừăcủaăcácămẫuăcompositeăchếăt oă(PZT)1-x(LaFeO3)x 37 γ.4.γ.ăĐư ngăcongăM(T)ăcủaăcácămẫuăcompositeăchếăt oă(PZT)1-x(LaFeO3)x 38 γ.5.ăTínhăchấtăsắtăđiện 39 γ.5.1.ăĐư ngăcongăđiệnătrễăcủaăcácămẫuăPZTăvàă(PZT)1-x(LaFeO3)x 39 γ.5.β.ăSựăphụăthuộcănhiệtăđộăcủaăhằngăsốăđiệnămôiă  '  '' 42 γ.5.γ.ăSựăphụăthuộcătầnăsốăcủaă  '  '' 42 γ.6.ăTínhăliênăkếtăsắtăđiệnă- sắtătừătrongăcomposite Multiferroic 43 K T LU N 46 TĨI LI U THAM KH O 47 PH L C 48 M Đ U VậtăliệuăperovskiteăABO3 thuầnăđượcăphátăhiệnărấtăsớmătừăđầuăthếăkỷă 19, perovskite thuầnăđượcăbiếtăđếnănhư làămộtăchất điệnămôi,ăcóăhằngăsốăđiệnă môiălớnăvà số có tính sắt điện, áp điện, BaTiO3.ăVậtăliệuăcóă cấuă trúcă perovskiteă đặcă trưngă ABO3,ă trongă đóă Aă làă cationă cóă bánă kínhă lớnă địnhăxứăt iăcácănútă(đỉnh),ăBălàăcácăcationăcóăbánăkínhănhỏăđịnhăxứăt iătâmăcủaă hìnhălậpăphương.ăTừ nĕm cuối kỷ 20, ngư i ta phát rằng, khiăvậtăliệuăperovskiteă biếnătính,ănghĩa phần ion vị trí A B thay ion kim lo i có hoá trị khác, thư ng cation kim lo i đất (La,ăNd,ăPr…)ăhoặc kim lo i chuyển tiếp (Fe, Mn, Ni,ăCo…)ăthìănóăxuất hiệu ứng vật lý lý thú hứa hẹn nhiều ứng dụng giá trị công nghiệp điện tử, viễn thông, hiệu ứng từ tr khổng lồ (CMR), hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ (CMCE), hiệu ứng nhiệtă điện lớn nhiệt độ cao (HTME) Trongănhữngănĕmăgầnăđâyăviệcătổăhợpăhaiătínhăchấtăsắt điệnăvàăsắt từătrênă cùngămộtălo iăvậtăliệuă(VậtăliệuăMultiferroic)ăđangălàămộtăhướngănghiênăcứuă mớiătrênăthếăgiớiăcũngănhưăt iăViệtăNam.ăVậtăliệuăđóăcóăthểăđượcăsửădụngăđểă chếăt o:ăthiếtăbịăcộngăhư ngăsắtătừăđiềuăkhiểnăb iăđiệnătrư ng,ăbộăchuyểnăđổiă vớiămoduleăápăđiệnăcóătínhăchấtătừ,ălinhăkiện nhớănhiềuătr ngăthái,ăhơnănữaă vớiăviệcătồnăt iăc ăhaiătr ngătháiăsắtăđiệnăvàăsắtătừăătrongăăcùngămộtălo iăvậtă liệuăcóăứngădụngătrongăviệcălàmămáyăphát,ămáyătruyềnăvàălưuădữăliệu.ă Thựcă chất, vậtă liệuă multiferroicsă làă mộtă d ngă vậtă liệuă tổă hợpă màă điểnă hìnhălàătổăhợpăcácătínhăchấtăsắtăđiện-sắtătừ,ădoăđóăvậtăliệuă ăd ngăkhốiăđược ứngă dụng làm cácă c mă biếnă đoă từă trư ngă xoayă chiềuă vớiă độă nh yă cao,ă cácă thiếtăbịăphátăsiêuăâmăđiềuăchỉnhăđiệnătừ,ăhayăcácăbộălọc,ăcácăbộădaoăđộngăhoặcă bộădịchăphaămàă ăđóăcácătínhăchấtăcộngăhư ngătừă(sắtătừ, feriătừ, ph năsắtătừ ) điềuăkhiểnăb iăđiệnătrư ngăthayăvìătừătrư ng Đốiăvớiăcácă vậtăliệuăd ngă màngămỏng,ăcácă thôngăsốătrậtătựăliênăkếtăsắtă điệnăvàăsắtătừăcóăthểăkhaiăthácăđểăphátătriểnăcácălinhăkiệnă spintronics (víădụă nhưăcácăc măbiếnăTMR, hay spin valve ăvớiăcácăchứcănĕngăđượcăđiềuăkhiểnă bằngăđiệnătrư ng.ăMộtălinhăkiệnăTMRăđiểnăhìnhăkiểuănàyăchứaăβălớpăvậtăliệuă sắtătừ,ăngĕnăcáchăb iămộtălớpăràoăthếă(dàyăcỡăβănm)ălàăvậtăliệuămultiferroics.ă Khiădòngăđiệnătửăphânăcựcăspinătruyềnăquaăhàngăràoăthế,ănóăsẽăbịăđiềuăkhiểnă b iă điệnă trư ngăvàă doă đóă hiệuă ứngă từăđiệnă tr củaă hệă màngăsẽă cóăthểă đượcă điềuăkhiểnăbằngăđiệnătrư ngăthayăvìătừătrư ng.ăNhữngălinhăkiệnăkiểuănàyăsẽă rấtăhữuăíchăchoăviệcăt oăraăcácăphầnătửănhớănhiềuătr ngăthái,ămàă ăđóădữăliệuă cóăthểăđượcălưuătrữăb iăc ăđộăphânăcựcăđiệnăvàătừ Chính vìă vậyă tôiă chọnă đềă tài “Chế tạo nghiên cứu vật liệu Multiferroic (LaFeO3-PZT)” làmăđềătàiăchoăluậnăvĕnăvớiămongămuốnăđượcă hiểuăbiếtăvềălo iăvậtăliệuămớiănày Nộiădụngăchínhăcủaăb năluậnăvĕnăgồm: - M ăđầu - Chươngă1.ăVậtăliệuăMultiferroicăvậtăliệuăPerovskiteăsắtăđiện,ăsắtătừ - Chươngăβ Cácăphươngăphápăthựcănghiệm Trìnhăbàyăphươngăphápăchếă t oămẫuăvàă cácă phươngăphápăkh oăsátăcấuătrúcă tinhăthể,ăcấuătrúcătếăvi, tínhăchấtăđiệnăvàătínhăchấtătừăcủaăvậtăliệuăchếăt oăđược - Chươngăγ Kếtăqu ăvàăth oăluận Trìnhăbàyănhữngăkếtăqu ăchếăt oămẫu,ănghiênăcứuăcấuătrúcătinhăthể,ăcấuătrúcă tếăvi,ătínhăchấtăđiệnăvàătínhăchấtătừăcủaămẫuăđãăchếăt oăvàăđưaăraănhữngănhậnă xét,ăgi iăthíchăkếtăqu - Kếtăluận Tómătắtăcácăkếtăqu ăđ tăđượcăcủaăluậnăvĕn - Tàiăliệuăthamăkh o - Phụălục 10 l i Gầnă đâyă ngư iă taă quană tâmă tớiă lớpă vậtă liệuă multiferroică mớiă nhưă hexagonal RMnO3, CoCr2O4 spinel, perovskite RMnO3 (R=Tb,ăDy)…Trongă lớpăvậtăliệuănàyătínhăsắtăđiệnăđượcăt oăraătrựcătiếpăb iăcấuătrúcăspin.ă CácăvậtăliệuăperovskiteăRMnO3 có hiệnătượngăcácămomenăphânăcựcăđiệnă tựăphátăcóăthểăquayăgócă900 dướiătácădụngăcủaătừătrư ngăvàăkèmătheoăhiệuăứngă gọiălàăhiệuăứngătừ-điệnădungălớnă(GiantăMagnetocapacitance).ăCấuătrúcătừăcủaă perovskite RMnO3 phụăthuộcăvàoăbánăkínhăcationăR.ăKhiăbánăkínhăđóălớnă(LaEu)ăcácăquỹăđ oăbịăchiếmăcủaăMnăvàănằmătrongămặtăphẳngăabălàmăxuấtăhiệnă liênăkếtăsắtătừăm nhă(FM)ăgiữaăcácăspinăcủaăMnăgầnănhauănhấtătrongămặtăabă liên kếtăph năsắtătừăyếuă(AF)ădọcătheoătrụcăcătươngăứngăvớiăcấuătrúcăAFă kiểuăA.ăĐốiăvớiăcácăcationăR nhỏăxuấtăhiệnăcấuătrúcăhìnhăsin.ăDoăvậyălàmătĕngă c nhătranhăgiữaătươngătácăsiêuătraoăđổiălânăcậnăgầnănhấtă(NN)ăvàălânăcậnăgầnă nhấtăkế tiếpă(NNN)ătrongămặtăab.ăCấuătrúcăspinăxoắnăcóătácădụngătrựcătiếpăt oă raătínhăsắtăđiệnătrongăcácăhợpăchấtăđó.ă Trongătrư ngăhợpăcủaăhợpăchấtăcomposităsắtăđiện-sắtătừă(PZT)-(LaFeO3) ionăBătrongăchấtăsắtăđiệnălàăTiăcóălớpăquỹăđ oăd0 vàăBătrongăchấtăsắtătừăFeăcóă phânălớpăquỹăđ oăd5,ăchúngătôiăgi ăthiếtărằngăcơăchếăliênăkếtăsắtătừ-sắtăđiệnă cũngătươngătựănhưăcácătrư ngăhợpăcủaăvậtăliệuămultiferoicăđơnăchấtăRMnO3 nói trên.ă Nhưă ă hìnhă (γ.β0) trênă đư ngă  ' (T)ă cóă điểmă bấtăthư ng (thấyă rõă hơnăt iăhìnhănhỏă ăgócătráiăhìnhăγ.β0ăb) t iănhiệtăđộătrùngăvớiănhiệtăđộăchuyểnă phaătừăTN củaăhợpăchấtăsắtătừăLaFeO3,ănhưăvậyăcóăthểăgi ăthiếtărằngătrongăhợpă chấtăcomposităchếăt oăđãăcóăsựăliênăkếtăsắtăđiện-sắtătừ,ăthểăhiệnătínhăchấtăđiệnă môiăc măứngătừ, màătheoăchúngătôiăvềăthựcăchấtăcóătươngătácăgiữaăcácăđiệnătửă trênăquỹăđ oăd0 củaăionăTi+4 vớiăcácăđiệnătửătrênăquỹăđ oăd5 ion Fe+3 Trênăđâyămớiăchỉălàăcácănhậnăxétăcủaăchúngătôiăvềăsựăhìnhăthànhăliênăkếtă sắtătừ-sắtăđiệnătrongăhợpăchấtămàăchúngătôiăchếăt oătrongăkhuônăkhổăhiểuăbiếtă banăđầuăcủaăchúngătôiăcũngănhưătrongăkhuônăkhổăcủaăLuậnăánăTh căsỹ.ăVấnă 50 đềăcơăchếăliênăkếtăsắt từ-sắtăđiệnătrongăcácăhợpăchấtăcompositămultiferoicălàă vấnăđềăkhoaăhọcălýăthúăcầnăthiếtăph iăđượcănghiênăcứuăsâuăhơn (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 (C) 0.010 M [emu/g] 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000 -0.002  '( '') 1950 1800 100 200 300 T(oC) 400 500 (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 ' ' (PZT)0.97(LaFeO3)0.03  TC TN 1650 (b) '' 1500 1350 1200 100 200 300 400 500 600 T(oC) 1050 TN 900 750 100 200 300 400 500 T(oC) Hình 3.20 Tính liên k t s t n s t t m u composite (a) Đ ng M(T) (b) Đ 51 ng  ' (T)  '' (T) K T LU N Đãăchếăt oăvậtăliệuănano-LaFeO3 phương pháp sol-gel vật liệu khối (PZT) [Pb0.95Sr0.05(Zr0.53Ti0.47)O3] bằngăphươngăphápăgốm.ă Trênă cơă s ă haiă hợpă chấtă sắtă từă (nano-LaFeO3) vàă sắtă điệnă Pb0.95Sr0.05(Zr0.53Ti0.47)O3 đãă chế t oă thànhă côngă hợpă chấtă composite (PZT)1-x(LaFeO3)x vớiăx=0.01ăvàă0.0γăbằngăphươngăphápăgốmăcóămộtă sốă bướcă côngă nghệă c iă tiếnă (bướcă nghiềnă trộnă phốiă liệuă bằngă máyă khuấyătừ)ăđ măb oăyêu cầuăkỹăthuật,ărútăngắnăth iăgianăchếăt oămẫu Cácămẫuăchếăt oăcóăcấuătrúcătinhăthểăvàăcấuătrúcătếăviătốtăthểăhiệnăquaă cácăgi năđồănhiễuăx ătiaăXăvàă nhăSEM Cácăkếtăqu ăđoăđiệnăvàătừăđãăchoăthấyăcó đồngătồn t i tính sắt điện tính sắtă từ mẫu composite PZT-LaFeO3 bướcă đầuă chứngă minhăcóătínhăliênăkếtăsắtăđiện-sắtătừătrongăvậtăliệuăvàăchúngăđượcăxemă vật liệu multiferroic 52 TĨI LI U THAM KH O *ăTiếngăViệt: 1.ăĐàoăNguyênăH iăNam- LuậnăvĕnătiếnăsĩăkhoaăhọcăVậtălýă- Việnăkhoaăhọcă Vậtăliệu,ăViệnăKhoaăhọcă&ăCôngănghệăViệtăNam,ăHàăNộiă– 2001 2.ăNguyễnăPhúăThùyă(β001),ăVật lý tượng từ,ăNXBăĐHQGăHàăNội *ăTiếngăAnh: Nandang Mufti Ph.D Thesis Printed by Facilitair Bedrijf Rug, Groningen, November 2008 ISBN No: 978-90-367-3673-2 Nicola A Hill Materials Department, University of California Santa Barbara, CA 93106-5050 Yuhuan Xu Ferroelectric Materials and Their application, University of California Los Angeles, C A, USA – North-Holland – Amsterdam London Newyork Tokyo Anupinder Singh nad Ratnamala Chatterjee Applied Physics Letter 93, 182908 (2008) D Talbayev, A.D LaForge, S.A Trugman, N.Hur, A.J Talor, R.D Averitt and D.N Basov Physicl Review Letter PRL 101, 24760 (2008) T Katsufuji and H Takagi, Phys Rev B 64, 504415 (2001) Umut, Magnetodielectric Coupling in Multiferroic Transition Metal Oxides, PhD Thesis (2008) 10 Yibin Li, Thirumany Srithran, Sam Zhang, Xiodong He, Yang Liu and Tupeichen Applied Physics letter 92, 132908 (2008) 53 PH L C BàiăbáoăthamăgiaăHộiăNghịăKhoaăHọcăcủaăTrư ngăĐ iăHọcăKhoaăhọcă TựănhiênăĐ iăHọcăQuốcăGiaăHàăNộiăvàăđược đĕngătrênăT păchíăKhoaăhọcăcủaă Đ iăHọcăQuốcăGia- HàăNội THE ELECTRIC AND MAGNETIC PROPERTIES OF THE MULTIFERROIC (PZT)1-x (LaFeO3)x COMPOUNDS Vu Tung Lam(1), Nguyen Ngoc Dinh(1), Dang Le Minh(1) Nguyen Thi Thuy(2) (1) Hanoi University of Science-VNU of Hanoi (2) Hue Pedagogical University- Hue University Abstract The (PZT)1-x(LaFeO3)x compounds were prepared by ceramic method The measurementsăonădielectricăconstantsă(ε) vs temperature (T), polarization (P) vs electric field (E) (electrical hysteresis loop) and magnetization (M) vs H curves have shown that the obtained solid solution has high magnetoelectric coupling and is a good multiferroic candidate Introduction Multiferroics are materials in which there is simultaneously magnetic and ferroelectric order In the past few years the interest for these materials has been growing rapidly Though the mechanisms that allow ferroelectricity and ferromagnetism seem to be incompatible, there are a select few materials in which ferroelectricity and ferromangetim are both present, namely Cr 2O3, yttrium-ion-garnets, boracites, rare-earth ferrites and manganese-based perovskites, etc.[1-4] Multiferroic materials have all the potential applications of both their parent ferroelectric and ferromagnetic materials In addition, a whole range of new applications can be envisaged, including multiple state memory elements, in which data is stored both in the electric and the magnetic polarizations, or novel memory media which might allow writing of a ferroelectric data bit, and reading of the magnetic field generated by association Aside from the potential applications, the fundamental physics of multiferroic materials is rich and fascinating [5,6] 54 In this paper, some investigated results on the electric and magnetic properties of the multiferroic composite compounds of (PZT) 1-x(LaFeO3)x are presented Experimental The sample of (PZT)1-x(LaFeO3)x is prepared as follows : nanoLaFeO3(B) was prepared by sol-gel method and PZT (A) [Pb0.95Sr0.05(Zr0.53Ti0.47)O3] was prepared by ceramic method The mixture powders consisting of A and B with the ratio of (A) 99 mol % and 97 mol % ; (B) mol % and mol % mol are pressed into pellets and sintered at 11800C for h and furnace cooling in air The polarization(P) vs electric field (E) was measured using the measuring systems of Sawyer-Tower circuit The M(H) and M(T) curves were obtained by VSM The crystalline structures were examined by the X-ray diffractometer D5005-BrukerGermany The morphological images obtained with SEM-S-4800, HitachiJapan Results and Discussion The X-ray diffraction patterns for sintered samples shown in Fig.1 confirms single phase tetragonal structure at room temperature with splitting in [100], [110], [200], [210] and [211] peaks The unit cells have the lattice parameters listed in the table The lattice parameters and ratio c/a is decreased with the increasing of LaFeO3 concentration It is suggested that Pb( rion Pb+2 =ă 1.β6Ǻ)ă ină A-site could be substituted by Fe ( rionFe+2 =ă0.80Ǻ),ăăităleadsătoădecreaseătheălatticeă parameters of the prepared samples The electro-mechanic coefficient Kp is increased from 0.25 to 0.54 in the PZT and (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 , respectively (Fig.2) SEM images of the samples sintered at 1180 0C can be seen in the fig.3 Their particle sizes estimated from Fig.3 are around from to 10 µm 55 Intensity (a.u.) 202 220 102 210 002 200 3- (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 111 001 100 110 101 1- PZT 2- (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 20 30 40 50 60 70 2θ Fig.1 X-ray diffraction patterns for the samples sintered at 11800C PZT(1); (PZT) (LaFeO (2) and Table Lattice parameters of the )samples Lattice parameters a c c/a PZT (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 3.558 4.105 1.154 3.542 3.724 1.052 PZT 18000 30000 KP=0.25 Impedance (Ohm) 14000 12000 10000 (a) 8000 6000 4000 Impedance (Ohm) 16000 2000 3.559 3.711 1.043 (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 25000 20000 (b) KP=0.54 15000 10000 5000 -2000 180000 200000 220000 240000 260000 280000 180000 200000 220000 240000 260000 Frequency (Hz) Frequency (Hz) Fig The piezoelectric resonance spectra measured on the diameter direction of the samples : PZT and (LaFeO ) From Fig.4, it is(a)noted that (b) the(PZT) increasing of LaFeO concentration leads to the increasing of EC and the soft piezoelectric materials became hard one 56 (a) (b) (c) -500 -5 500 -2000 1000 15 10 -1000 0 -5 Driver Voltage E (V/cm) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 polarization(F/cm ) (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 PZT 10 B -1000 polarization(F/cm ) polarization(C/cm ) Fig.3 SEM images of the samples sintered at 11800C : (a) PZT; (b) (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 and (c) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 15 10 1000 2000 Drive voltage E -1500 -1000 -500 (V/cm) 500 -5 -10 1000 1500 Driver Voltage E (V/cm) -10 -10 -15 (a) (b) (c) Fig.4 Polarization(P) vs electric field(E) hysteresis loops for the samples at room temperature : (a) PZT; (b) (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 and (c) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 ε PZT 3.0 (a) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 100 200 300 400 500 600 T 0C ε 560 540 520 500 480 460 440 420 400 380 (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 (b) ε (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 13 (c) 12 11 10 100 200 300 400 500 T 0C 100 200 300 400 500 T 0C Fig.5 The temperature dependenceăofădielectricăconstantăεăofătheăsamplesă:ă (a) PZT; (b) (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 and (c) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 From Fig.5 it is noted that in Fig.5b and 5c there are two peaks : one is at about 2500C that could be corresponding to the ferroelectric Curie point of PZT (Fig 5a) and another are at about 350 and 5000C that could be corresponding to the ferromagnetic Curie point of LaFeO3 (Fig.6a) 57 0.15 (a) 0.15 0.10 0.004 (b) 0.05 0.00 -0.05 0.05 0.00 0.10 300 400 500 600 700 800 T (K) T [K] 0.006 (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 M(emu/g) M [emu/g] 0.20 0.20 LaFeO3 M(emu/g) 0.25 (c) 0.002 0.000 -0.002 -0.10 -0.004 -0.15 -0.006 -1500-1000 -500 500 1000 1500 (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 -2000 -1000 H(Oe) 1000 2000 H(Oe) Fig.6 The M(T); M(H) curvers of the samples : LaFeO3 (a) ; (PZT)0.99(LaFeO3)0.01(b) and (c) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 The M(H) curves of the samples (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 and (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 have shown that they are ferromagnetic behavior Conclusion The (PZT)1-x (LaFeO3)x compounds have been prepared successfully The sample have tetragonal structure and the lattice parameters are decreased with the substitution of LaFeO3 for PZT The investigation results have shown that the prepared materials are multiferroic, the ferroelectric and ferromagnetic behaviors coexist in the same sample Acknowledgement ThisăworkăwasăsupportedăbyăVietnam’săNationalăFoundation For Science and Technology Development (NAFOSTED) References [1] Yibin Li, Thirumany Sritharan, Sam Zhang, Xiaodong He, Yang Liu and Tupei Chen Applied Physics Letters 92, 132908 (2008) [2] J Zapata, J Narvaez, W.Lopen, G.A.Mendoza, P.prieto Transition on Magnetic, Vol.44, NO 11, Novemberr 2008 [3] D Talbayev, A.D Laforge, S.A Trugmean, N Hur, A.J Taylor, R.D Averitt, D.N.Basov Physical Review Letters (PRL) 101, 247601 (2008) 58 [4] [5] [6] [7] [8] [9] X.S Xu, M.Angst, T.V.Brinzari, R.P Hermann, J.L.Musfeldt, A.D Christianson, D Mandrus, B.C.Sales Physical Review Letters (PRL) 101, 227602 (2008) Anupinder Singh and Ratnamala Chatterjee Applied Physics Letter 93, 182908 (2008) Ming Liu, Ogheneunume Obi, Jing lou, Stephen Stoute, Jian Y Huang Applied Physics Letters 92, 152504 (2008) Nicola A Hill Materials Department, University ò California Santa Barbara, CA 93106-5050 N.V.Du, D.L.Minh, N.Ndinh, N.T.Thuy, N.D.Manh VNU Journal of Science, Mathematic – Physics 24, No 1S, 109, (2008) Dang Le Minh, Nguyen Minh Tuan, Nguyen Thi Thuy, Nguyen Thanh Trung, Nguyen Phu Thuy Proceeding SPMS-2009)-Danang 810/11/2009 p.189 59 DANH M C HÌNH VẼ Hìnhă1.1ăPhânăcựcăđượcăt oăraăb iăsựăđồngătồnăt iăcủaătrậtătựăđiệnătíchăvàă chuỗiămắtăxíchăIsingăspinăkiểuă↑↑↓↓.ăCácăcationăbịădịchăchuyểnăkhỏiăvịă tríătâmăcủaăchúngăbằngăcácăbiếnăd ngătươngă hỗ .13 Hìnhă1.βă(a)ăCơăchếăviămôăcủaăphânăcựcăspinăc măứngăchoămẫuădòngă spinăcủaăKatsuraăvàăcộngăsự.ăBứcătranhăsơăđồăcủaăphânăcựcăđiệnătíchăđịaă phươngăđượcăt oăraăb iăspinănghiêngătrongăchiềuăngượcăkimăđồngăhồă(b)ă vàătheoăchiềuăkimăđồngăhồă(c)ăcủaăcấuătrúcăspin xoắn 14 Hìnhă1.γă(a)ăCấuătrúcăspinăhìnhăsinăkhôngăt oăraăsựăphânăcực.ă(b)ăCấuă trúcăspinăxoắnătrongăđóăsựăphânăcựcălàăorthogonalăđốiăvớiăc ăhaiătrư ngă hợpătrụcăquayăspinăe3 vec-tơăsóngă Q 15 Hìnhă1.4ă(a)ăD ngăspinăkiểuăEăcủaăHoMnO3 trongămặtăphẳngăac.ă(b)ăSựă dịchăchuyểnăcủaăMnă(trái)ăvàăoxyă(ph i)ătrongăHoMnO3 kiểuă E .17 Hìnhă1.5ăCấuătrúcăperovskiteă 18 Hìnhă1.6ăPhaăcấuătrúcăvàăphânăcựcătựă phát 20 Hìnhă1.7ăĐômenăcủaăvậtăliệuăsắtă điện β1 Hìnhă1.8ăĐư ngăcongă điện 22 Hìnhăβ.1ăNhiễuăx ăkếătiaăXă D5005 24 60 Hìnhăβ.βăKínhăhiểnăviăđiệnătửăquétăJEOLă5410ă LV 25 Hìnhăβ.γăThiếtăbịătừăkếămẫuă rung 26 Hìnhăγ.1ăQuiătrìnhăchếăt oămẫuăLaFeO3 bằngăphươngăphápăSolgel…… β8 Hìnhăγ.βăSơăđồăchếăt oămẫuăbằngăphươngăphápă gốm 29 Hìnhăγ.γăGi năđồăquáătrìnhănungăthiêuă kết γ0 Hìnhăγ.4ăGi năđồănhiễuăx ătiaăXăcủaăcácămẫuăLaFeO3 chếăt oăbằngă phươngăphápăsol-gelănungăthiêuăkếtăt iăcácănhiệtăđộăγ000C, 5000C, 7000Cătrongăth iăgiană 3h 31 Hìnhăγ.5ăGi năđồănhiễuăx ătiaăXăcủaăcácămẫuăLaFeO3 chếăt oăbằngă phươngăphápăsol-gelănungăthiêuăkếtăt iănhiệtăđộă5000Cătrongăth iăgianăγhă 10h 32 Hìnhăγ.6ăHìnhă nhănhiễuăx ătiaăXăcủaămẫu.ă PZT(1);(PZT)0.99(LaFeO3)0.01(2) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 (γ)ăthiêuăkếtăt iă nhiệtăđộă11800C 33 Hìnhăγ.7ăHìnhă nhănhiễuăx ătiaăXăcủaămẫuă PZT(1);(PZT)0.99(LaFeO3)0.01(2) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 (γ)ăthiêuăkếtăt iăă nhiệtăđộă1β100C .33 Hìnhăγ.8ă nhăSEMăcủaămẫuănano-LaFeO3 đượcăgiaănhiệtăă ă7000C 3h 34 61 Hìnhăγ.9ă nhăSEMăcủaăcácămẫuă(a)ăPZT;ă(b)ă(PZT)0.99(LaFeO3)0.01 (c) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 thiêuăkếtăt iă11800C 35 Hìnhăγ.10ă nhăSEMăcủaăcácămẫuă(a)ăPZT;ă(b)ă(PZT)0.99(LaFeO3)0.01 (c) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 thiêuăkếtăt iă1β100C 35 Hìnhăγ.11ăĐư ngcongăM(T)ăcủaămẫuăLaFeO3 nungă ănhiệtăđộă 7000C .36 Hìnhăγ.1βăĐư ngăcongăM(H)củaămẫuăLaFeO3 nungă ănhiệtăđộă 7000C 36 Hìnhăγ.1γăĐư ngătừătrễăcủaămẫuă(PZT)0.99(LaFeO3)0.01 (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 37 Hìnhăγ.14ăĐư ngăM(T)ăcủaămẫuăPZT(a)ăvà (PZT)0.99(LaFeO3)0.01(b) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03(c) nungăthiêuăkếtăt iănhiệtăđộă11800C 12100C 38 Hìnhăγ.15ăĐư ngăđiệnătrễăP(E)ăcủaămẫuăPZTă(a)ăvàă (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 (b) (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 (c) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 (d)ă ănhiệtăđộă11800C 12100 .40 Hìnhăγ.16ăPhổăcộngăhư ngăcủaăhaiămẫuăPZTăvàă (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 41 Hìnhăγ.17ăSựăphụăthuộcănhiệtăđộăcủaăhằngăsốăđiệnămôiă  ' (T)ăcủaămẫuă PZT 42 Hìnhăγ.18ăSựăphụăthuộcănhiệtăđộăcủaăhằngăsốăđiệnămôiă  ' (T)  '' (T) củaămẫuă(a)(PZT)0.99(LaFeO3)0.01 nungăthiêuăkếtă ănhiệtăđộă11800C 62 (b)(PZT)0.97(LaFeO3)0.03 nungăthiêuăkếtă ănhiệtăđộă 11800C .42 Hìnhăγ.19ăSựăphụăthuộcănhiệtăđộăcủaăhằngăsốăđiệnămôiă  ' (T)  '' (T)ăăcủaă mẫuă(c)ă(PZT)0.99(LaFeO3)0.01 nungăthiêuăkếtă ănhiệtăđộă1β100C (d) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 nungăthiêuăkếtă ănhiệtăđộă 12100C 43 Hìnhăγ.β0ăTínhăliênăkếtăsắtăđiệnăsắtătừătrongămẫuăcomposite.ă(a)ăĐư ngă M(T)ă(b)ăăĐư ngă  ' (T)  '' (T) 45 DANH M C B NG BI U B ngăγ.1ăHằngăsốăm ng,ăthểătíchăôăcơăs ăcủaăcácămẫuăLaFeO3 nung thiêuăkếtăt iăcácănhiệtăđộă5000C/ 10h 7000C/ 3h 32 B ngăγ.βăHằngăsốăm ngăcủaăhệămẫuăPZT;ă(PZT)0.99(LaFeO3)0.01 (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 nungăthiêuăkếtăăt iănhiệtăđộă11800C 12100C .34 B ngăγ.γăThôngăsốăđư ngătừătrễăcủaămẫuănanoLaFeO3 36 B ngăγ.4ăCácăthôngăsốăđư ngătừătrễăcủaăhệămẫuă(PZT)0.99(LaFeO3)0.01 (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 37 B ngăγ.5ăThôngăsốăđiệnătrễăcủaăhệămẫuă(PZT);ă(PZT)0.99(LaFeO3)0.01 (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 nungăthiêuăkếtăt iănhiệtăđộă 11800C 40 63 64

Ngày đăng: 26/10/2016, 07:31

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • MỤC LỤC

  • TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan