ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Đỗ Thị Phƣơng
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN VÀ TỪ TRONG HỆ
VẬT LIỆU PEROVSKITE Nd1-xSrxMnO3
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - Năm 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Đỗ Thị Phƣơng
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN VÀ TỪ TRONG HỆ
VẬT LIỆU PEROVSKITE Nd1-xSrxMnO3
Chuyên ngành: Vật lý nhiệt
Mã số : Chuyên ngành đào tạo thí điểm
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. NGUYỄN HUY SINH
TS. VŨ VĂN KHẢI
Hà Nội - Năm 2014
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................................1
CHƢƠNG 1 - TÍNH CHẤT TỪ VÀ ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE
CHỨA MANGAN…………………………………………………………………...3
1.1. Cấu trúc tinh thể của vật liệu perovskite ABO3.............................................3
1.2. Sự tách mức năng lƣợng gây bởi trƣờng tinh thể bát diện và trật tự quỹ
đạo......................................................................................................................4
1.3. Trạng thái spin và cấu hình spin của các điện tử 3d trong trƣờng tinh thể
bát diện BO6......................................................................................................7
1.4. Tƣơng tác trao đổi trong vật liệu perovskite chứa Mn.................................8
1.4.1. Cấu hình tương tác siêu trao đổi (SE)....................................................10
1.4.2. Cấu hình tương tác trao đổi kép (DE) .................................................... 11
1.5. Sự méo mạng tinh thể và hiệu ứng Jahn-Teller ........................................... 13
1.5.1. Thừa số dung hạn ................................................................................... 13
1.5.2. Sự ảnh hưởng của bán kính ion ............................................................. 14
1.5.3. Hiệu ứng Jahn-Teller ............................................................................. 14
1.5.4. Sự đóng góp của méo mạng Jahn-Teller ............................................... 16
1.6. Sự cạnh tranh tƣơng tác DE và SE trong các hợp chất perovskite
La1-xCaxMnO3, La1-xSrxMnO3, Nd1-xSrxMnO3.............................................16
1.7. Hiệu ứng từ - điện trở khổng lồ (CMR) ........................................................ 20
1.7.1. Sự gia tăng nồng độ hạt tải do cơ chế DE ............................................. 21
1.7.2. Cơ chế tán xạ phụ thuộc spin ................................................................. 22
1.8. Cơ sở lý thuyết hàm Block (mô hình sóng spin) ........................................... 23
CHƢƠNG 2 - PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ................................................... 25
2.1. Một số phƣơng pháp chế tạo mẫu ................................................................. 25
2.2. Giới thiệu cách chế tạo mẫu theo phƣơng pháp gốm (hay phƣơng pháp
phản ứng pha rắn). ......................................................................................... 26
2.3. Phân tích cấu trúc mẫu bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (tia Rơnghen) .... 28
2.4. Phép đo từ độ bằng từ kế mẫu rung (VSM) ................................................. 30
2.5. Phép đo điện trở bằng phƣơng pháp bốn mũi dò ........................................ 31
2.6. Phép đo từ trở .................................................................................................. 33
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 35
3.1. Qui trình chế tạo hệ mẫu nghiên cứu Nd1-xSrxMnO3................................... 35
3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu Nd1-xSrxMnO3 (x = 1/3, x = 0,4 và
x = 0,5). ............................................................................................................. 36
3.2. Phép đo mômen từ phụ thuộc nhiệt độ ......................................................... 38
3.4. Từ trở phụ thuộc nhiệt độ của hệ mẫu Nd1-xSrxMnO3 tại từ trƣờng H = 0,4 T 48
3.5. Từ trở trong vùng từ trƣờng thấp từ -0,4 T
0,4 T ở những nhiệt độ xác định50
KẾT LUẬN .... ………………………………………………………………………53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 54
DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ
Hình 1.1: (a) Cấu trúc ô mạng tinh thể perovskite lý tưởng (
a b c
,
0
90
); (b) Sự sắp xếp các bát diện trong cấu trúc perovskite lập phương lý
tưởng...........................................................................................................................3
Hình 1.2: Sơ đồ tách mức năng lượng của ion Mn3+. a) Dịch chuyển năng lượng do
tương tác dipole; b) Tách mức năng lượng trong trường tinh thể; c) Tách mức
Jahn - Teller................................................................................................................4
Hình 1.3: Hình dạng của các hàm sóng eg: (a)
22
xy
d
, (b)
2
z
d
....................................6
Hình 1.4: Hình dạng của các hàm sóng t2g: (a) dxy, (b) dyz, (c) dzx.............................6
Hình 1.5: Sự phụ thuộc của năng lượng toàn phần Et, P và
vào trạng thái spin
của điện tử...................................................................................................................7
Hình 1.6: Sự sắp xếp các điện tử trên các mức năng lượng và trạng thái spin.........8
Hình 1.7: Sự phủ lấp các quỹ đạo d của hai ion kim loại chuyển tiếp TM1 và TM2
thông qua ion oxy theo cấu hình GKA-1.....................................................................9
Hình 1.8: Giản đồ minh họa cho cấu hình GKA-2.....................................................9
Hình 1.9: Sự xen phủ quỹ đạo và chuyển điện tử trong tương tác SE......................10
Hình 1.10: Mô hình cơ chế tương tác trao đổi kép của chuỗi
Mn3+
O2-
Mn4+
Mn3+
O2-
Mn4+
.........................................................................................12
Hình 1.11: Méo mạng Jahn - Teller..........................................................................15
Hình 1.12: Giản đồ pha của hệ hợp chất La1-xCaxMnO3..........................................17
Hình 1.13: Giản đồ pha của hệ hợp chất La1-xSrxMnO3...........................................19
Hình 1.14: Giản đồ pha của hệ hợp chất Nd1-xSrxMnO3...........................................19
Hình 1.15: Mô hình hai dòng về sự tán xạ của các điện tử trong các cấu trúc từ. (a)
Cấu trúc phản sắt từ; b) Cấu trúc sắt từ...................................................................22
Hình 1.16: Sơ đồ mạch điện tương đương của nguyên lý hai dòng. (a) Sắp xếp sắt
từ: RF = 2.Ru .Rd /(Ru + Rd); (b) Sắp xếp phản sắt từ: RAF = (Ru + Rd)/2................23
Hình 2.1: Quá trình khuếch tán giữa hai kim loại A và B. (a) Trước khi quá trình
khuếch tán xảy ra; (b) Phản ứng pha rắn xảy ra thông qua quá trình khuếch tán
trong vật liệu; (c) Phản ứng pha rắn xảy ra hoàn toàn sau các qui trình xử lý nhiệt,
thành phần của vật liệu trở nên đồng nhất...............................................................27