Thực nghiệm chế tạo hệ perovskite kép Ca3 Mn2O7 pha tạp Fe (x = 0.025 – 0.15) nghiên cứu tính chất điện từ chúng Trần Anh Quang Trường Đại học Công nghệ Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật liệu linh kiện nano Mã số Chuyên ngành đào tạo thí điểm Người hướng dẫn: PGS.TS Hồng Nam Nhật Năm bảo vệ: 2014 Keywords Vật liệu Nano; Tính chất điện từ; Vật liệu perovskite 8 MỞ ĐẦU Do có nhiều đặc tính điện - từ - hóa khác nên vật liệu perovskite có mặt nhiều ứng dụng coi vật liệu lý thú Sự lý thú tính chất perovskite tạo nhiều tính chất vật liệu nhiệt độ khác Với tính chất từ điện trở khổng lồ, perovskite hứa hẹn cho linh kiện spintronics cảm biến siêu nhạy Với nhiều tính chất đặc biệt siêu dẫn nhiệt độ cao, sắt điện…perovskite hữu ích cho nhiều linh kiện điện tử Các perovskite manganite nghiên cứu rộng rãi đặc tính quan trọng chúng Đó oxit phức hợp hai ba kim loại có Mn, (AO)n -(BO2)m (n=1,2, , k), đặc biệt với cấu trúc dạng perovskite đơn lớp ABO3 (n=1, m=1), đa lớp A2 BO4 (n=2, m=1) A3 B2O7 (n=3, m=2) vật liệu đa tính chất quan trọng Chúng thể nhiều trạng thái tính chất từ sắt điện, áp điện cách điện không phân cực, đến kim loại siêu dẫn, chí nhiều trường hợp thấy xuất trật tự tính chất theo nhiệt độ Các hiệu ứng quan trọng quan sát thấy perovskite manganite hiệu ứng từ trở khổng lồ (CMR), từ nhiệt khổng lồ (GMCE), từ giảo (MR) vv có giá trị ứng dụng cao cơng nghệ spin-điện tử (spintronics) Ở vật liệu đơn CaMnO3 pha tạp Fe ngồi tính chất chung vật liệu perovskite thể hiệu ứng đặc biệt hiệu ứng đảo chiều từ hóa (magnetization reversal) Trong trường hợp perovskite kép(có hai vị trí B B’), pha tạp sắt xuất thêm tương tác: Mn-O-Fe, Co-O-Fe Điều dẫn đến thay đổi cạnh tranh tương tác sắt từ/phản sắt từ tính chất điện vật liệu Có nhiều nghiên cứu hệ perovskite manganite pha tạp năm gần đây, tập trung hai mặt lý thuyết thực nghiệm Tuy vậy, số cơng trình liên quan đến hệ perovskite manganite pha tạp sắt tương đối hiếm, hệ perovskite manganite kép pha t ạp sắt Vì vậy, luận văn chúng tơi tiến hành chế tạo phân tích cấu trúc pha, cấu trúc điện từ hệ perovskite manganate kép pha tạp sắt Vật liệu mà lựa chọn để chế tạo Ca3Mn2O7 pha tạp sắt Có nhiều phương pháp chế tạo hệ vật liệu perovskite phương pháp phản ứng pha rắn (phương pháp gốm), phương pháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa… Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng Sau xem xét đánh giá điều kiện thực nghiệm định lựa chọn phương pháp gốm phương pháp sol-gel phương pháp chế tạo đề tài Việc phân tích cấu trúc pha, cấu trúc điện, từ vật liệu Ca3Mn2O7 pha tạp sắt nhằm đưa tranh đầy đủ tính chất hệ vật liệu Mục đích luận văn đặt là: Chế tạo mẫu Ca3 Mn2 O7 Ca3Mn2O7 pha tạp sắt phương pháp gốm phương pháp sol-gel Khảo sát tính chất điện, từ vật liệu Phân tích ảnh hưởng nồng độ pha tạp sắt lên cấu trúc vật liệu Dùng số mơ hình phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm để giải thích kết hiệu ứng vật lý thu nhận Luận văn có tiêu đề “Thực nghiệm chế tạo hệ perovskite kép Ca3 Mn2O7 pha tạp Fe (x = 0,025 – 0,15) nghiên cứu tính chất điện từ chúng” Nội dung bao gồm:  Mở đầu  Chương Tổng quan hệ vật liệu perovskite  Chương Các phương pháp thực nghiệm  Chương Chế tạo vật liệu  Chương Kết thảo luận  Kết luận  Tài liệu tham khảo 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bạch Thành Công, Nguyễn Châu, Đặng Lê Minh (01 đến 03/3/2001), Vật liệu từ tính số vấn đề liên quan, Báo cáo Hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ V – Hà Nội Nguyễn Hữu Đức (2003), Vật liệu từ liên kim loại, NXB ĐHQG Hà Nội Nguyễn Thị Bảo Ngọc, Nguyễn Văn Nhã (1998), Giáo trình vật lý chất rắn, NXB ĐHQG Hà Nội Nguyễn Phú Thùy (2001), Vật lý tượng từ, NXB ĐHQG Hà Nội Tiếng Anh A.V Mahajan, D.C Johnston, D.R Torgeson, F Borsa (1992), “Magnetic properties of LaVO3”, Phys Rev B 46 10966 A.Jouanneaux (1999), “WinMProf: a visual Rietveld software”, CPD newsletter 21, 13 Beznosikov, B.V Aleksandrov, K.S (2000), "Perovskite-like crystals of the Ruddlesden-Popper series" Crystallography Reports 45: 792 Huyen Yen Pham, Dang Chinh Huynh, Nam Nhat Hoang (2013), “Ferromagnetism observed in SPAN-80 activated Ca3Mn2 O7 nanocolloid”, Phys Rev SM2.19 L.Sheng, D.Y Xing, D N Sheng, and C S Ting (1997), “Theory of Collosal Magnetoresistance in R1-x AxMnO3”, Phys Rev Lett 79.9 10 Minjung Kim, “Structural, electric and magnetic properties of Mn perovskite”, Deparment of Physics, University of Illinois at Urbana – Champaign, IL61801, USA 11 M V Lobanov, M Greenblatt, E N Caspi, J D Jorgensen, D V Sheptyakov, B H Toby, C E Botez, and P W Stephens (2004), "Crystal and magnetic structure of the Ca3Mn2 O7 Ruddlesden–Popper phase: neutron and synchrotron x-ray diffraction study", J Phys.: Condens Matter16, pp.5339–5348 12 N Guiblin, D Grebille, H Leligny and C Martin (2002), "Ca3Mn2O7 ", Acta Cryst.C58, i3-i5 13 N A Benedek and C J Fennie (2011), "Hybrid Improper Ferroelectricity: A Mechanism for Controllable Polarization-Magnetization Coupling", Phys Rev Lett.106, 107204 51 14 P.Sande, L.E.Hueso, D.R.Miguens, J.Rivas and F.Rivadulla, M.A.Lopez-Quintela (2001), Large Manetocaloric Effect in Manganite with Charge Order, Appl., Phys., Lett., Vol.79, No.13, 24 September 15 Ruddlesden, S.N.; Popper, P (1958), "The compound Sr Ti2O7 and its structure" Acta Cryst 11: 54 16 S F Matar, V Eyert, A Villesuzanne, and M.-H Whangbo (2007), "First principles study of the electronic and magnetic structures of the tetragonal and orthorhombic phases of Ca3 Mn2 O7 ", Phys Rev B 76,054403 17 S F Matar, V Eyert, A Villesuzanne, and M H Whangbo (2007), “First principles study of the electronic and magnetic structures of the tetragonal and orthorhombic phases of Ca3Mn2O7 ”, Phys Rev B 76, 054403 18 T Kimura, Y Tomioka, H Kuwahara, A Asamitsu, M Tamura, Y Tokura (1996), "Layered compounds can provide an efficient mechanism of intrinsic lowfield magnetoresistance due to interplane tunneling", Science274, p.1698 19 Thu Huong Ngo, Hong Van Bui, Van Ben Pham, Thi Hong Tran, An Bang Ngac, Nam Nhat Hoang (2012), “Emission characteristics of SPAN-80 activated ZnS nanocolloids”, J of Lumin 132, 2135-2142 20 Zhang Wei(张玮) and Tong Pei-Qing(童培庆) (2013), "A first-principles study of the structural and elastic properties of orthorhombic and tetragonal Ca Mn2 O7 ", Chin Phys.B Vol 22, No 6, 066201  ... hợp thực nghiệm để giải thích kết hiệu ứng vật lý thu nhận Luận văn có tiêu đề Thực nghiệm chế tạo hệ perovskite kép Ca3 Mn2O7 pha tạp Fe (x = 0,025 – 0,15) nghiên cứu tính chất điện từ chúng ... hành chế tạo phân tích cấu trúc pha, cấu trúc điện từ hệ perovskite manganate kép pha tạp sắt Vật liệu mà lựa chọn để chế tạo Ca 3Mn2O7 pha tạp sắt Có nhiều phương pháp chế tạo hệ vật liệu perovskite. .. pháp chế tạo đề tài Việc phân tích cấu trúc pha, cấu trúc điện, từ vật liệu Ca 3Mn2O7 pha tạp sắt nhằm đưa tranh đầy đủ tính chất hệ vật liệu Mục đích luận văn đặt là: Chế tạo mẫu Ca3 Mn2 O7 Ca3Mn2O7