i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận án “Nghiên cứu các tham số nhiệt động và các
cumulant của một số vật liệu trong phương pháp XAFS phi điều hòa”làcôngtrình
nghiêncứucủariêngtôi. Cácsốliệuvàkếtquảtrìnhbàytrongluậnánlàtrung
thực,đãđượccácđồngtácgiảchophépsửdụngvàchưatừngđượccôngbốtrong
cáctàiliệunàokhác.
Hà Nội, ngày tháng năm 2020
Tác giả Luận án
Cù Sỹ Thắng
ii
LỜI CẢM ƠN
Đểhoànthànhluậnánnày,tôiđãnhậnđượcrấtnhiềusựgiúpđỡvàtạođiều
kiệncũngnhưtìnhcảmđộngviêncủaLãnhđạocơquancôngtác,cácthầyhướng
dẫn,cácthầycôthuộcBộphậnđàotạo-ViệnKhoahọcVậtliệu(NaythuộcKhoa
KhoahọcVậtliệuvàNănglượng-HọcviệnKhoahọcvàCôngnghệ-ViệnHàn
lâmKhoahọcvàCôngnghệViệtNam),cácđồngnghiệp,giađìnhvàbạnbè.
Trướctiên,tôixingửilờicảmơnsâu sắctớithầygiáoNGƯT.GS.TSKH.
NguyễnVănHùng,ngoàiviệchướngdẫn,chỉbảovềchuyênmôn,thầyđãdạytôi
vềđứctínhtựlực,tinhthầnhợptác,niềmsaymêvànghiêmtúctrongkhoahọc.
Đượchọctậpvàlàmviệcvớithầy,tôicảmnhậnđượctínhnghiêmkhắc,tinhthần
tráchnhiệmvàlòngbaodungcủathầyvớihọctrò.Nhữngđiềumàtôiluôncảm
phụcvàkínhtrọng.
TôixingửilờicảmơnchânthànhtớiGS.TS.NguyễnQuangLiêmđãquan
tâm,tạođiềukiệnchotôitrongsuốtthờigiantôihọctậptạiViệnKhoahọcVậtliệu
vàHọcviệnKhoahọcvàCôngnghệ.
Đểhoànthànhbảnluậnánnày,tôiđãnhậnđược sựủnghộcủaChủtịch
ViệnHànlâm,BanKếhoạchtàichính,lãnhđạoViệnĐịachất,đãchophéptôi
đượcthựchiệnđềtàithuộcChươngtrìnhđộclậptrẻ-ViệnHànlâmKhoahọcvà
Công nghệ Việt Nam với mã số VAST. ĐLT.08/13-14. Đó là tiềnđề để tôi tiến
hànhnghiêncứuvàhoànthànhluậnán.Bên cạnhđó,được tiếpcận vàsửdụng
nguồndữliệuquốctếrấtquítừTrungtâmthôngtintưliệuđãgiúptôirấtnhiều
trongquátrìnhthựchiệnluậnán.TôixingửilờicảmơnsâusắcnhấttớiChủtịch
ViệnvàcáccơquantrựcthuộcViện.
TôixingửilờicảmơntớiTS.WantanaKlysubun,TS.NirawatThammajak
vàcácđồngnghiệpViệnNghiêncứubứcxạSynchrotron-TháiLanđãnhiệttình
giúpđỡtôitrongthờigiantôitiếnhànhthựcnghiệmtạiTháiLan.
Khôngthểkhôngnhắctớigiađình,nhữngngườiluôndànhtấtcảnhữngđiều
tốtđẹpnhấtchotôivàluônmongmuốntôihoànthànhnhiệmvụhọctậpcũngnhư
trongcôngtác.Tôicảmơnmọingườirấtnhiều.
iii
Cuốicùng,tôixingửilờicảmơntớiBộphậnđàotạo,cácphòngbancủa
HọcviệnKhoahọcvàCôngnghệcũngnhưnhữngngườiluônủnghộ,độngviênvà
giúpđỡtôimàtôiđãvôtìnhchưanhắctớiởđây.Tôixinchânthànhcảmơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2020
Nghiên cứu sinh
Cù Sỹ Thắng
iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................... vii
DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ .....................................viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ......................................................................... ix
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ SỐ DEBYE-WALLER PHỔ XAFS ......... 7
1.1 Sơ lược về phổ XAFS ....................................................................................... 7
1.1.1.BảnchấtvậtlýcủaphổXAFS
[30]
:..................................................................9
1.1.2.PhươngtrìnhphổXAFS..............................................................................11
1.1.3.HệsốDebye-WallercủaphổXAFS.............................................................15
1.1.4.CáccumulantcủaphổXAFS.......................................................................17
1.2. Phương pháp nghiên cứu hệ số Debye-Waller phổ XAFS .......................... 19
1.2.1.MôhìnhEinsteintươngquan.......................................................................19
1.2.2.Phươngphápphươngtrìnhchuyểnđộng......................................................21
1.2.3.Phươngphápthốngkêmômen....................................................................25
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH EINSTEIN TƯƠNG QUAN PHI ĐIỀU HÒA
TRONG NGHIÊN CỨU CÁC THAM SỐ NHIỆT ĐỘNG PHỔ XAFS ........... 33
2.1. Thế tương tác hiệu dụng trong mô hình Einstein tương quan phi điều hòa ...... 33
2.2. Thế tương tác cặp Morse .............................................................................. 37
2.2.1.ÁpdụnghàmthếMorseđểtínhtoáncácthamsốvàthếhiệudụngtrongmô
hìnhEinsteintươngquanphiđiềuhòavớivậtliệucấutrúcfcc,hcp......................41
2.2.2.ÁpdụnghàmthếMorseđểtínhtoáncácthamsốvàthếhiệudụngtrongmô
hìnhEinsteintươngquanphiđiềuhòavớivậtliệucấutrúckimcương.................45
2.3. Thế tương tác Stillinger-Weber ................................................................... 47
2.4. Tính toán các tham số nhiệt động phổ XAFS theo mô hình Einstein tương
quan phi điều hòa ................................................................................................ 49
2.4.1.TínhcáccumulanttrongmôhìnhEinsteintươngquanphiđiềuhòa............49
v
2.4.2. Dẫn giải các cumulant thông qua cumulant bậc 2 trong mô hình Einstein
tươngquanphiđiềuhòa........................................................................................58
2.4.3.TínhhệsốgiãnnởnhiệtcủavậtliệutrongmôhìnhEinsteintươngquanphi
điềuhòa.................................................................................................................60
2.4.4.Đánhgiákếtquảtínhcumulantbậc2củaphổXAFSsửdụngthếMorsevà
thế Stilinger-Weber trong mô hình Einstein tương quan phi điều hòa và phương
phápmômenvớicáckếtquảkhácđốivớivậtliệubándẫncấutrúckimcương....62
2.5. Các hiệu ứng lượng tử ở giới hạn nhiệt độ thấp và gần đúng cổ điển ở nhiệt
độ cao ................................................................................................................... 65
CHƯƠNG 3. HỆ ĐO THỰC NGHIỆM VÀ ÁP DỤNG MÔ HÌNH EINSTEIN
TƯƠNG QUAN PHI ĐIỀU HÒA TRONG NGHIÊN CỨU CÁC THAM SỐ
NHIỆT ĐỘNG PHỔ XAFS VẬT LIỆU CẤU TRÚC HCP VÀ FCC ............... 67
3.1. Hệ thống bức xạ synchrotron và hệ đo phổ XAFS ...................................... 67
3.1.1.KháiquátchungvềhệđophổXAFS...........................................................68
3.1.2.QuátrìnhchuẩnbịmẫuđothựcnghiệmphổXAFSphụthuộcnhiệtđộ.......72
3.2. Chương trình xử lý phổ cấu trúc tinh tế hấp thụ tia X (XAFS) ................. 74
3.3. Kết quả thực nghiệm xác định hệ số Debye-Waller phổ XAFS của vật liệu
cấu trúc hcp ......................................................................................................... 76
3.4. Xác định các tham số nhiệt động phổ XAFS từ số liệu thực nghiệm hệ số
Debye-Waller hay cumulant bậc hai theo mô hình Einstein tương quan phi
điều hòa vật liệu cấu trúc hcp ............................................................................. 78
3.5. Kết quả thực nghiệm xác định hệ số Debye-Waller phổ XAFS của vật liệu
cấu trúc fcc ........................................................................................................... 80
3.6. Xác định các tham số nhiệt động phổ XAFS từ số liệu thực nghiệm hệ số
Debye-Waller hay cumulant bậc hai theo mô hình Einstein tương quan phi
điều hòa của vật liệu cấu trúc fcc (Cu) ............................................................... 82
CHƯƠNG 4. MÔ HÌNH EINSTEIN TƯƠNG QUAN PHI ĐIỀU HÒA
TRONG NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN PHA VÀ BIÊN ĐỘ PHỔ XAFS VẬT
LIỆU CẤU TRÚC HCP VÀ FCC ....................................................................... 85
4.1. Khái quát về phổ XAFS phi điều hòa .......................................................... 85
4.2. Hệ số Debye-Waller phổ XAFS với đóng góp phi điều hòa ........................ 86
4.2.1.XácđịnhhệsốGrüneisen
G
.......................................................................86