- TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN. - NGHIÊN CỨU SỰ TẠO THÀNH CÁC PHA VÀ TỪ TÍNH TRONG HỆ PEROVSKITE DƢ LANTAN La 2-x Sr x CoO 3. - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC. - Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo cùng các cán bộ làm việc tại bộ môn Vật Lý nhiệt độ thấp đã giúp đỡ em rất nhiều về kiến thức và tạo những điều kiện thuận lợi nhất để em hoàn thành luận văn này.. - CHƢƠNG 1: MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU ABO 3 Error! Bookmark not defined.. - 1.1 Sơ lƣợc về hệ vật liệu perovskite ABO 3. - Error! Bookmark not defined.. - Cấu trúc của vật liệu perovskite ABO 3. - 1.1.2 Trật tự quỹ đạo, sự tách mức năng lượng và trạng thái spin của các điện tử 3d trong trường bát diện BO 6. - Tương tác siêu trao đổi. - Tương tác trao đổi kép. - Những tính chất của vật liệu perovskite chứa conbaltiteError! Bookmark not defined.. - 1.4.1.Hợp chất LaCoO 3. - 1.4.2.Sự chuyển pha trạng thái spin của ion Co hóa trị 3Error! Bookmark not defined.. - 1.4.3.Hợp chất La 1-x Sr x CoO 3. - Giản đồ pha La 1-x Sr x CoO 3. - Cạnh tranh tương tác phản sắt từ (AF) và sắt từ (FM) trong hệ La 1-x Sr x CoO 3. - 2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm. - Phân tích cấu trúc. - Phân tích thành phần. - Nghiên cứu sự tạo thành pha. - Nghiên cứu cấu trúc bề mặt (SEM: Scanning Electron Microscopic)Error! Bookmark not defined.. - Phép đo sự phụ thuộc độ từ hóa theo nhiệt độ bằng phương pháp từ kế mẫu rung. - 3.1 Chế tạo các mẫu nghiên cứu La 2-x Sr x CoO 3 (x=0,05. - 0,3)Error! Bookmark not defined.. - 3.2 Phân tích thành phần. - 30 3.3 Nghiên cứu cấu trúc. - 3.5 Nghiên cứu cấu trúc bề mặt của các mẫu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)Error! Bookmark not defined.. - 3.6 Sự phụ thuộc của từ độ theo nhiệt độ. - 3.7 So sánh nhiệt độ chuyển pha T C trong các hợp chất đủ Lantan La 1-x Sr x CoO 3 và hợp chất dƣ Lantan La 2-x Sr x CoO 3. - Hình 1.1:a, Cấu trúc perovskite ABO 3 lý tưởng. - Hình 1.2: Trật tự quỹ đạo của các điện tử 3d trong trường bát diện MO 6 . - nằm ở gốc tọa độ và các ion ligan của bát diện nằm trên các trục tọa độ x,y,zError! Bookmark not defined.. - Hình 1.3: Sự tách mức năng lượng của các quỹ đạo của các điện tử 3d trong trường tinh thể bát diện. - Hình 1.4: Sự phụ thuộc của năng lượng toàn phần E, P, Δ vào trạng thái spin của các điện tử [7. - Hình 1.5: Sơ đồ tách mức năng lượng do méo mạng Jahn - TellerError! Bookmark not defined.. - Hình 1.6: Méo mạng Jahn – Teller. - Hình 1.7: Một số loại méo mạng. - Hình 1.8: Sự xen phủ quỹ đạo và chuyển điện tử trong tương tác SE [9]Error! Bookmark not defined.. - Hình 1.9a: Cấu hình tương tác phản sắt từ (mạnh) e 1 g p. - e 1 g Error! Bookmark not defined.. - Hình 1.9b: Cấu hình tương tác sắt từ (yếu) e 1 g p. - e g 0 Error! Bookmark not defined.. - Hình 1.9c: Cấu hình tương tác phản sắt từ (yếu) e g 0 p. - e 0 g Error! Bookmark not defined.. - Hình 1.10: Mô hình cơ chế tương tác trao đổi kép của chuỗi – Mn 3. - Hình 1.11: Đường cong FC và ZFC được đo tại các từ trường khác nhau của mẫu La 0,7 Sr 0,3 CoO 3. - Hình 1.12: Giản đồ pha từ theo nồng độ pha tạp Sr của La 1-x Sr x CoO 3 . - Hình 1.13: Giản đồ mô tả sự tồn tại của các trạng thái SGI, CGI, FFM, PMI và PMM tương ứng là các pha từ và pha điện: thủy tinh spin – điện môi, thủy tinh cluster – kim loại, sắt từ bất thỏa từ - kim loại, thuận từ - điện môi và thuận từ - kim loại trong hợp chất La 1-x Sr x CoO 3. - Hình 1.14: Mô hình về sự tồn tại không đồng nhất các loại tương tác FM và AF trong các hợp chất perovskite ABO 3 [12. - Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) Error! Bookmark not defined.. - Hình 3.1: Giản đồ tán xạ năng lượng (EDS) của các mẫu La 2-x Sr x CoO 3 Error! Bookmark not defined.. - Hình 3.2a: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu La 1,95 Sr 0,05 CoO 3 Error! Bookmark not defined.. - Hình 3.2b: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu La 1,92 Sr 0,08 CoO 3 Error! Bookmark not defined.. - Hình 3.2c: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu La 1,9 Sr 0,1 CoO 3 Error! Bookmark not defined.. - Hình 3.2d: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu La 1,7 Sr 0,3 CoO 3 Error! Bookmark not defined.. - Hình 3.3: Sự phụ thuộc của các hằng số mạng vào nồng độ pha tạp SrError! Bookmark not defined.. - Hình 3.4a, b: Giản đồ phép phân tích nhiệt vi sai (DTA) và độ giảm trọng lượng (TGA) của các mẫu La 2-x Sr x CoO 3 (x = 0,05. - Hình 3.4c, d: Giản đồ phép phân tích nhiệt vi sai (DTA) và độ giảm trọng lượng (TGA) của các mẫu La 2-x Sr x CoO 3. - Hình 3.5 a, b: Hình ảnh bề mặt mẫu 1 (x=0,05) và mẫu 2 (x=0,08) được chụp bằng kính hiển vi điện tử. - Hình 3.5c ,d: Ảnh SEM về cấu trúc bề mặt của các mẫu La 2-x Sr x CoO 3 với x = 0,10 và x = 0,30. - Hình 3.6: Đồ thị sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ ở từ trường H = 200 Oe của các mẫu nghiên cứu……….44. - Sơ đồ 2.1: Quy trình chế tạo mẫu perovskite bằng phương pháp sol - gelError! Bookmark not defined.. - Sơ đồ 3.1: Qui trình công nghệ chế tạo mẫu La 1-x Sr x CoO 3 tại Bộ môn vật lý Nhiệt độ thấp. - Bảng 3.1: Thành phần tính theo phần trăm của các nguyên tố La, Sr, Co trong công. - thức danh định La 2-x Sr x CoO 3 và thành phần thực được xác định từ phép đo EDSError! Bookmark not defined.. - Bảng 3.2: Giá trị sai khác của các thành phần thực xác định từ phép đo EDS so với thành phần danh định của hệ mẫu La 2-x Sr x CoO 3. - 32 Bảng 3.3: Các hằng số mạng của các hợp chất La 2-x Sr x CoO 3 với x = 0,05. - 0,30………35 Bảng 3.4: Nhiệt độ và độ giảm trọng lượng của các đỉnh tạo thành pha theo nồng độ pha tạp Sr trong hệ dư La (La 2-x Sr x CoO 3 )……….38 Bảng 3.5: Năng lượng hấp thụ nhiệt tạo các đỉnh tạo thành các pha của hệ mẫu. - La 2-x Sr x CoO 3. - 42 Bảng 3.6: Sự phụ thuộc của các nhiệt độ chuyển pha và từ độ cực đại phụ thuộc vào nồng độ pha tạp Sr trong hệ La 2-x Sr x CoO 3 ………...45 Bảng 3.7: So sánh nhiệt độ chuyển pha T c trong các hợp chất La 1-x Sr x CoO 3 và La 2-x Sr x CoO 3. - Việc nghiên cứu các hiện tượng từ trong các vật liệu perovskite ABO 3 đang diễn ra rất sôi động trong vài năm gần đây, nó thu hút được sự chú ý và quan tâm của các nhà vật lý thực nghiệm cũng như các nhà vật lý lý thuyết. - Trong các vật liệu perovskite cấu trúc bát diện tồn tại với các tương tác tĩnh điện và các tương tác từ, đó là nguyên nhân của một loạt các tính chất rất đặc biệt của các perovskite như: hiện tượng méo mạng Jahn – Teller, sự tách mức năng lượng của các quỹ đạo điện tử 3d, sự tồn tại đồng thời của các tương tác sắt từ và phản sắt từ, trật tự điện tích, sự tạo đám, thủy tinh spin, đám thủy tinh….. - Trong các hợp chất Cobaltite thì La 1-x Sr x CoO 3 là hợp chất được quan tâm nhiều nhất. - Hợp chất La 1-x Sr x CoO 3 khi không pha tạp là các điện môi phản sắt từ. - Nhưng khi pha tạp Sr thay thế một phần cho La, thì trong hợp chất biểu hiện nhiều tính chất như: tồn tại trạng thái spin hoặc trạng thái đám thủy tinh từ. - Lúc này, các loại chuyển pha xuất hiện: chuyển pha kim loại – điện môi, chuyển pha sắt từ - thuận từ có liên quan mật thiết với hiện tượng méo mạng Jahn – Teller. - Kéo theo đó, ngoài tương tác siêu trao đổi phản sắt từ SE của các Co cùng hóa trị, còn tồn tại các tương tác trao đổi kép sắt từ DE của các Co khác hóa trị, sự tồn tại đồng thời và cạnh tranh của các tương tác này quyết định tới tính chất từ và tính chất dẫn của vật liệu. - Bản luận văn này thực hiện việc nghiên cứu sự tạo thành các pha và từ tính trong hệ vật liệu perovskite dư Lantan, tập trung chính vào hệ La 2-x Sr x CoO 3 trong dải nồng độ x = 0,05. - 0,30 nhằm tìm hiểu tính chất từ và sự tạo thành các pha của hệ vật liệu cobaltite.. - Chương 1: Một số tính chất cơ bản của vật liệu ABO 3. - Trần Thị Thu Huyền (2000), Tổng hợp hệ La 1-x SrMnO 3 có cấu trúc Perovskite bằng phương pháp sol – gel citrat và khảo sát tính chất từ, Luận văn tốt nghiệp cao học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội.. - Đào Nguyên Hoài Nam (2001), “Các tính chất thủy tinh từ trong một số vật liệu perovskite ABO 3 , Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH QGHN.. - Nguyễn Anh Tuấn, (2006), Nghiên cứu tính chất từ-điện trở của các hợp chất La 0,67 Ca 0,33 Mn 1-x Cu x O 3 ( x = 0,00. - (1994) ,“Spin-Glass Behavior and Magnetic Phase Diagram of La 1-x Sr x CoO 3 (0 ≤ x ≤ 0.5) Studied by Magnetuzation Measurement”, J.Phys.Soc. - (1995), “Double Exchange Alone Does Not Explain the Resistivity of La 1-x Sr x MnO 3