Luận án tiến sĩ: Chế tạo và nghiên cứu các tính chất từ, từ điện trở của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6 pha tạp La và Zn
Luận án: Chế tạo, nghiên cứu tính chất từ điện trở perovskite kép Sr2FeMoO6 pha tạp La, Zn. Khám phá ứng dụng vật liệu mới.
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
144
Thời gian đọc
22 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- Tổng quan Sr2FeMoO6: Vật liệu Perovskite kép tiềm năng
- Số trang:
- 144 trang
- Trường:
- Đại học Bách khoa Hà Nội
- Chuyên ngành:
- Khoa học Vật liệu
- Tác giả:
- Lê Đức Hiền
- Năm:
- 2021
Tóm tắt nội dung luận án
I.Tổng quan Sr2FeMoO6 Vật liệu Perovskite kép tiềm năng
Tài liệu tập trung vào việc chế tạo và nghiên cứu tính chất từ, từ điện trở của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6. Đây là một oxit kim loại chuyển tiếp có cấu trúc tinh thể perovskite kép với sự sắp xếp trật tự của các ion Fe và Mo. SFMO được xem là ứng cử viên sáng giá cho các ứng dụng trong lĩnh vực Spintronics nhờ các đặc tính từ điện độc đáo. Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (CMR) là một trong những tính chất nổi bật của vật liệu này. Nghiên cứu cung cấp cái nhìn tổng thể về cấu trúc điện tử, momen từ, và cơ chế tương tác sắt từ dẫn đến Nhiệt độ Curie cao. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của SFMO, bao gồm độ bất trật tự cation và pha tạp, được phân tích kỹ lưỡng. Sự hiểu biết sâu sắc về Sr2FeMoO6 mở ra nhiều hướng phát triển cho công nghệ vật liệu tiên tiến. Tính chất từ điện trở của SFMO đặc biệt quan trọng. Vật liệu này có tiềm năng cho các thiết bị điện tử spin. Nghiên cứu này đặt nền móng cho việc ứng dụng thực tiễn.
1.1. Cấu trúc và điện tử của Sr2FeMoO6
Vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6 (SFMO) thu hút sự quan tâm lớn. SFMO thuộc nhóm oxit kim loại chuyển tiếp với cấu trúc tinh thể perovskite. Cấu trúc này có trật tự kép giữa các ion Fe và Mo tại vị trí B. Sự sắp xếp có trật tự này tạo ra các tính chất từ điện đặc biệt. SFMO là một ví dụ điển hình của vật liệu có tiềm năng ứng dụng cao. Các nghiên cứu tập trung vào việc hiểu rõ mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất. Electron cấu hình của Fe và Mo ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái spin. Điều này quyết định khả năng phân cực spin của vật liệu. Cấu trúc tinh thể perovskite kép cung cấp một nền tảng vững chắc cho các ứng dụng công nghệ. SFMO có tính chất từ điện trở đặc biệt.
1.2. Momen từ và tương tác sắt từ
Tính chất từ tính của SFMO liên quan chặt chẽ đến momen từ. Momen từ chủ yếu do các ion Fe và Mo đóng góp. Chúng tương tác với nhau thông qua cơ chế siêu trao đổi. Tương tác này dẫn đến sự xuất hiện của trật tự sắt từ. Vật liệu perovskite kép này thể hiện tính sắt từ mạnh mẽ. Nhiệt độ Curie (TC) của SFMO tương đối cao. Nhiệt độ Curie cao là yếu tố quan trọng cho các ứng dụng thực tế. Độ lớn momen từ trên mỗi đơn vị công thức được nghiên cứu kỹ lưỡng. Sự hiểu biết về momen từ giúp dự đoán hành vi từ tính của vật liệu. Các yếu tố như độ bất trật tự cation ảnh hưởng đến momen từ. Tương tác sắt từ là nền tảng cho hiệu suất của SFMO. Tính chất từ tính là cốt lõi của vật liệu.
1.3. Hiệu ứng từ điện trở của vật liệu
Sr2FeMoO6 thể hiện hiệu ứng từ điện trở đáng kể. Từ điện trở là sự thay đổi điện trở khi có từ trường. Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (CMR) ở nhiệt độ thấp. CMR là một đặc tính quan trọng cho các thiết bị Spintronics. Vật liệu perovskite kép này có tiềm năng trong các bộ nhớ từ. Từ điện trở của SFMO nhạy cảm với nhiều yếu tố. Các yếu tố như độ bất trật tự cấu trúc, pha tạp, kích thước hạt ảnh hưởng. Việc tối ưu hóa hiệu ứng từ điện trở là mục tiêu chính. Nghiên cứu sâu về từ điện trở giúp mở rộng ứng dụng của SFMO. Hiểu biết cơ chế của từ điện trở là cần thiết cho phát triển công nghệ mới. SFMO có hiệu ứng CMR đáng chú ý.
II.Chế tạo vật liệu Perovskite kép Sr2FeMoO6 hiệu quả
Quy trình chế tạo vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6 đóng vai trò then chốt trong việc kiểm soát tính chất. Tài liệu tập trung vào các phương pháp tổng hợp khác nhau, đặc biệt là phương pháp Sol-gel. Phương pháp Sol-gel cho phép chế tạo vật liệu ở kích thước nanomet, cải thiện độ đồng nhất và kiểm soát cấu trúc tinh thể perovskite hiệu quả hơn. Các hóa chất tiền chất và thiết bị sử dụng trong quá trình chế tạo được mô tả chi tiết. Ngoài ra, các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất vật liệu cũng được trình bày. Việc lựa chọn phương pháp chế tạo phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu suất của Sr2FeMoO6. Chế tạo vật liệu hiệu quả giúp đạt được các tính chất mong muốn. Từ đó hỗ trợ ứng dụng của Sr2FeMoO6 trong Spintronics. Nâng cao chất lượng vật liệu là mục tiêu chính của quá trình chế tạo.
2.1. Phương pháp gốm truyền thống
Chế tạo vật liệu Sr2FeMoO6 có thể thực hiện bằng phương pháp gốm. Đây là một phương pháp truyền thống, đơn giản. Các oxit hoặc muối cacbonat được trộn lẫn. Hỗn hợp trải qua quá trình nung ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ nung thường kéo dài trong nhiều giờ. Phương pháp này yêu cầu nhiệt độ cao để thúc đẩy phản ứng. Sản phẩm thường có kích thước hạt lớn. Tính đồng nhất của vật liệu có thể không cao. Việc kiểm soát cấu trúc tinh thể perovskite có thể gặp thách thức. Tuy nhiên, phương pháp gốm vẫn được sử dụng rộng rãi. Nó phù hợp cho sản xuất vật liệu perovskite kép số lượng lớn. Cần tối ưu hóa các thông số nung để đạt chất lượng tốt. Chế tạo vật liệu bằng phương pháp này đơn giản.
2.2. Phương pháp Sol gel tiên tiến
Phương pháp Sol-gel là lựa chọn tối ưu để chế tạo vật liệu. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt hơn kích thước hạt. Vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6 được tổng hợp dưới dạng nano. Sol-gel mang lại độ đồng nhất cao cho vật liệu. Nhiệt độ tổng hợp thường thấp hơn so với phương pháp gốm. Quy trình bao gồm việc tạo ra dung dịch tiền chất (sol). Sau đó, sol chuyển thành gel và nung để tạo pha. Các hóa chất tiền chất được lựa chọn cẩn thận. Sol-gel giúp kiểm soát cấu trúc tinh thể perovskite hiệu quả. Kích thước hạt nanomet có thể ảnh hưởng tích cực đến tính chất. Phương pháp này đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu vật liệu tiên tiến. Sol-gel giúp chế tạo vật liệu chất lượng cao.
2.3. Quy trình nghiên cứu và phân tích
Sau khi chế tạo vật liệu, cần tiến hành phân tích toàn diện. Phân tích nhiệt DTA-TGA giúp xác định quá trình chuyển pha. Nhiễu xạ tia X (XRD) dùng để xác định cấu trúc tinh thể. Phân tích Rietveld từ dữ liệu XRD làm rõ thông số mạng. Nhiễu xạ tia X synchrotron cung cấp thông tin chi tiết hơn. Hiển vi điện tử quét (SEM) khảo sát hình thái hạt. Nghiên cứu tính chất từ bằng từ kế mẫu rung (VSM). Giao thoa kế lượng tử siêu dẫn (SQUID) đo momen từ. Đo từ điện trở sử dụng phương pháp bốn mũi dò. Các phương pháp này đảm bảo đánh giá chính xác vật liệu perovskite kép. Toàn bộ quy trình này là cần thiết để hiểu rõ Sr2FeMoO6. Các phương pháp này đánh giá đầy đủ tính chất của vật liệu.
III.Nghiên cứu tính chất từ từ điện trở Sr2FeMoO6 cơ bản
Tài liệu trình bày các kết quả nghiên cứu về cấu trúc, tính chất từ tính và từ điện trở của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6 được chế tạo bằng phương pháp Sol-gel. Cấu trúc tinh thể perovskite và hình thái hạt được xác định chính xác thông qua các kỹ thuật tiên tiến. Tính chất từ tính bao gồm Nhiệt độ Curie, từ độ bão hòa, và các đặc trưng sắt từ khác được phân tích chi tiết. Hiệu ứng từ điện trở của SFMO được đánh giá trong các điều kiện khác nhau. Đặc biệt, nghiên cứu chỉ ra ảnh hưởng của pha phụ SrMoO4 lên hiệu ứng từ điện trở. Việc hiểu rõ các tính chất cơ bản này là nền tảng để điều chỉnh và tối ưu hóa Sr2FeMoO6 cho các ứng dụng công nghệ. Tính chất từ và từ điện trở là hai đặc trưng quan trọng. Chúng quyết định tiềm năng ứng dụng của vật liệu perovskite kép này. Nghiên cứu cơ bản giúp mở rộng hiểu biết về SFMO.
3.1. Cấu trúc tinh thể và hình thái hạt của hệ mẫu SFMO
Cấu trúc tinh thể của SFMO được xác định qua nhiễu xạ tia X. Vật liệu perovskite kép này có cấu trúc tứ phương (tetragonal). Phân tích Rietveld khẳng định sự hình thành pha perovskite chính. Các thông số mạng và độ bất trật tự cation được tính toán. Hình thái hạt được quan sát bằng hiển vi điện tử quét (SEM). Kích thước hạt thường nằm trong khoảng vài chục đến vài trăm nanomet. Sự đồng nhất về kích thước hạt là yếu tố quan trọng. Hạt nhỏ có thể tăng diện tích bề mặt, ảnh hưởng đến tính chất. Cấu trúc tinh thể perovskite ổn định là tiền đề cho tính năng. Sự hiểu biết về hình thái giúp kiểm soát quá trình chế tạo vật liệu. Cấu trúc và hình thái hạt ảnh hưởng đến hiệu suất.
3.2. Tính chất từ học của vật liệu SFMO
Vật liệu Sr2FeMoO6 thể hiện tính sắt từ rõ rệt. Đo đạc từ tính được thực hiện bằng VSM và SQUID. Đường cong từ hóa M-H cho thấy rõ tính chất sắt từ. Nhiệt độ Curie (TC) của SFMO nằm trong khoảng nhiệt độ phòng. Giá trị Nhiệt độ Curie cao làm cho SFMO hấp dẫn. Momen từ bão hòa đạt giá trị đáng kể. Từ độ còn dư và lực kháng từ cũng được xác định. Các yếu tố như độ bất trật tự cation ảnh hưởng đến tính chất từ. Sự hiện diện của các pha phụ có thể làm suy giảm tính sắt từ. Nghiên cứu tính chất từ tính là bước cơ bản để đánh giá SFMO. Hiểu rõ hành vi từ tính giúp tối ưu hóa ứng dụng. Tính chất từ tính là yếu tố chính cho Spintronics.
3.3. Hiệu ứng từ điện trở và ảnh hưởng pha SrMoO4
Hiệu ứng từ điện trở (MR) của SFMO được đo bằng phương pháp bốn mũi dò. MR được xác định ở các nhiệt độ và từ trường khác nhau. Vật liệu perovskite kép này thể hiện MR âm, đặc trưng cho Spintronics. Sự hiện diện của pha phụ SrMoO4 (SMO) ảnh hưởng đáng kể. Pha SMO là pha không từ tính, không dẫn điện. Hàm lượng SMO tăng có thể làm giảm hiệu ứng từ điện trở. SMO tạo ra các rào cản cho sự truyền dẫn spin. Điều này làm giảm sự kết nối giữa các hạt từ tính. Từ điện trở bị suy giảm do sự phân tán spin tại các ranh giới. Kiểm soát pha phụ là cần thiết để tối ưu hóa MR. Nghiên cứu chi tiết giúp hiểu rõ cơ chế ảnh hưởng của pha tạp. Pha phụ tác động trực tiếp đến hiệu ứng từ điện trở.
IV.Ảnh hưởng pha tạp La lên tính chất từ điện của Sr2FeMoO6
Nghiên cứu khám phá ảnh hưởng của việc pha tạp La lên cấu trúc và tính chất từ, điện của Sr2FeMoO6. Ion La3+ thay thế Sr2+ gây ra những thay đổi trong thông số mạng tinh thể và hình thái hạt. Những biến đổi này tác động trực tiếp đến tính chất từ tính của vật liệu. Sự thay đổi trạng thái oxy hóa của các oxit kim loại chuyển tiếp Fe/Mo khi pha tạp La làm ảnh hưởng đến momen từ và Nhiệt độ Curie. Đặc biệt, pha tạp La cũng có thể điều chỉnh tính chất điện, bao gồm độ dẫn điện và hiệu ứng từ điện trở. Việc hiểu rõ cơ chế ảnh hưởng của La là rất quan trọng để điều khiển và tối ưu hóa hiệu suất của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6 cho các ứng dụng Spintronics. Pha tạp là một công cụ hiệu quả để điều chỉnh tính chất. Nghiên cứu này cung cấp thông tin quý giá về vai trò của La.
4.1. Thay đổi cấu trúc và hình thái khi pha tạp La
Việc pha tạp La vào Sr2FeMoO6 đã được nghiên cứu. Ion La3+ có thể thay thế ion Sr2+ trong mạng tinh thể. Sự thay thế này gây ra thay đổi về thông số mạng. Cấu trúc tinh thể perovskite có thể biến dạng nhẹ. Phân tích XRD cho thấy sự thay đổi nhỏ về vị trí đỉnh. Hình thái hạt được khảo sát bằng SEM. Kích thước hạt có thể thay đổi tùy thuộc vào nồng độ pha tạp. La có thể ảnh hưởng đến quá trình kết tinh và tăng trưởng hạt. Việc pha tạp cần được kiểm soát chặt chẽ. Đảm bảo cấu trúc tinh thể perovskite kép không bị phá vỡ. Những thay đổi cấu trúc này tác động trực tiếp đến tính chất. Pha tạp La ảnh hưởng đến hình thái vật liệu.
4.2. Biến đổi tính chất từ học do La
Pha tạp La có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất từ tính của SFMO. La3+ là ion không từ tính, nhưng thay đổi nồng độ electron. Sự thay thế Sr2+ bằng La3+ có thể làm tăng điện tích dương. Điều này dẫn đến sự thay đổi trạng thái oxy hóa của Fe/Mo. Kết quả là momen từ trung bình có thể thay đổi. Nhiệt độ Curie (TC) của vật liệu perovskite kép này có thể tăng hoặc giảm. Sự thay đổi này phụ thuộc vào cơ chế pha tạp và nồng độ La. Tính sắt từ của vật liệu có thể bị ảnh hưởng. Nghiên cứu từ tính giúp hiểu rõ tác động của pha tạp La. Tối ưu hóa pha tạp để đạt được tính chất từ mong muốn. La thay đổi tính chất từ tính của vật liệu.
4.3. Ảnh hưởng La đến tính chất điện của vật liệu
Pha tạp La vào Sr2FeMoO6 cũng ảnh hưởng đến tính chất điện. La3+ thêm vào mạng tinh thể thay đổi mật độ hạt tải điện. Điều này có thể làm thay đổi độ dẫn điện của vật liệu. Sự thay đổi trạng thái oxy hóa Fe/Mo ảnh hưởng đến băng năng lượng. Độ dẫn điện thường tăng lên khi pha tạp La. Từ điện trở cũng có thể bị ảnh hưởng bởi pha tạp La. Sự thay đổi mật độ spin tại mức Fermi là yếu tố quan trọng. Các nghiên cứu chỉ ra rằng pha tạp La có thể cải thiện hiệu ứng từ điện trở. Điều này có ý nghĩa quan trọng cho các ứng dụng Spintronics. Kiểm soát pha tạp La là chìa khóa để điều chỉnh tính chất điện. La ảnh hưởng đến độ dẫn và từ điện trở.
V.Pha tạp Zn thay đổi tính chất từ từ điện trở Sr2FeMoO6
Phần này khảo sát tác động của việc pha tạp Zn lên cấu trúc và tính chất từ, từ điện trở của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6. Ion Zn2+ là một ion không từ tính, và sự thay thế của nó vào mạng tinh thể ảnh hưởng trực tiếp đến các tương tác từ tính và momen từ. Điều này dẫn đến sự suy giảm Nhiệt độ Curie và tính sắt từ của vật liệu. Nghiên cứu cũng đánh giá sự thay đổi của hiệu ứng từ điện trở và độ phân cực spin khi có mặt Zn. Những phân tích này rất quan trọng để hiểu rõ cách Zn ảnh hưởng đến hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (CMR) và tiềm năng ứng dụng trong Spintronics của Sr2FeMoO6. Pha tạp Zn cung cấp một phương pháp để điều chỉnh tính chất. Nghiên cứu này cho thấy sự phức tạp của vật liệu perovskite kép khi pha tạp.
5.1. Tác động của Zn lên cấu trúc và hình thái hạt
Pha tạp Zn vào Sr2FeMoO6 cũng là một hướng nghiên cứu quan trọng. Ion Zn2+ có thể thay thế ion Fe3+ hoặc Mo5+ trong mạng. Kích thước ion Zn2+ khác với Fe3+ hoặc Mo5+. Điều này gây ra sự biến dạng cục bộ trong cấu trúc tinh thể perovskite. Phân tích nhiễu xạ tia X xác nhận những thay đổi này. Thông số mạng có thể thay đổi tùy theo vị trí thay thế. Hình thái hạt cũng có thể bị ảnh hưởng bởi Zn. Kích thước hạt và độ kết tinh có thể khác biệt. Sự hiện diện của Zn cần được kiểm tra kỹ lưỡng. Đảm bảo pha tạp không tạo ra pha phụ không mong muốn. Những thay đổi cấu trúc là nền tảng cho sự biến đổi tính chất. Zn gây ra biến dạng cấu trúc cục bộ.
5.2. Thay đổi tính chất từ tính khi có Zn
Pha tạp Zn ảnh hưởng sâu sắc đến tính chất từ tính của Sr2FeMoO6. Ion Zn2+ là ion không từ tính (diamagnetic). Khi Zn thay thế Fe hoặc Mo, nó làm giảm số lượng ion từ tính. Điều này dẫn đến sự suy giảm tổng momen từ của vật liệu. Tương tác sắt từ giữa các ion Fe và Mo bị yếu đi. Nhiệt độ Curie (TC) thường giảm khi nồng độ Zn tăng. Tính sắt từ của vật liệu perovskite kép này bị suy yếu. Sự pha tạp Zn có thể tạo ra các vùng không từ tính. Nghiên cứu chi tiết về từ tính là cần thiết. Hiểu rõ cách Zn phá vỡ trật tự từ tính là quan trọng. Zn làm giảm tính sắt từ của SFMO.
5.3. Từ điện trở và độ phân cực spin với pha tạp Zn
Pha tạp Zn có tác động đáng kể đến từ điện trở của SFMO. Sự suy giảm momen từ và Nhiệt độ Curie ảnh hưởng đến MR. Zn có thể tạo ra các khuyết tật trong mạng. Các khuyết tật này có thể làm tăng sự tán xạ spin. Từ điện trở thường bị giảm khi pha tạp Zn. Điều này làm suy giảm tiềm năng ứng dụng Spintronics của vật liệu. Tuy nhiên, việc điều chỉnh nồng độ Zn có thể tối ưu hóa. Sự thay đổi độ phân cực spin tại mức Fermi cũng được nghiên cứu. Từ điện trở của vật liệu perovskite kép này nhạy cảm với sự thay thế Zn. Các ứng dụng cho hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (CMR) cần cân nhắc kỹ. Zn làm giảm hiệu suất từ điện trở.
VI.Ứng dụng Spintronics của vật liệu Perovskite kép Sr2FeMoO6
Tài liệu kết luận bằng việc tổng hợp các tiềm năng ứng dụng của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6 trong lĩnh vực Spintronics. Với tính chất sắt từ và hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (CMR) đáng chú ý, SFMO là một ứng cử viên hứa hẹn cho các thiết bị điện tử spin thế hệ mới. Tiềm năng này được hỗ trợ bởi khả năng điều khiển độ phân cực spin của vật liệu. Nghiên cứu đề xuất các hướng phát triển và kiến nghị cho tương lai, bao gồm việc khám phá các phương pháp chế tạo vật liệu tiên tiến hơn và nghiên cứu ảnh hưởng của các loại pha tạp khác. Mục tiêu cuối cùng là tối ưu hóa hiệu suất của Sr2FeMoO6 để ứng dụng hiệu quả trong các linh kiện Spintronics như van spin và bộ nhớ MRAM. Vật liệu perovskite kép này có tương lai rộng mở trong công nghệ cao. Ứng dụng Spintronics là một lĩnh vực trọng tâm. Việc tối ưu hóa vật liệu là cần thiết.
6.1. Tiềm năng của Sr2FeMoO6 trong Spintronics
Vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6 có tiềm năng lớn cho Spintronics. Spintronics là lĩnh vực công nghệ dựa trên spin của electron. SFMO có tính chất sắt từ và độ phân cực spin cao. Điều này làm cho nó trở thành ứng cử viên lý tưởng. Khả năng điều khiển spin là yếu tố then chốt. SFMO thuộc nhóm oxit kim loại chuyển tiếp với điện tử tương quan mạnh. Các đặc tính này mở ra nhiều cơ hội. Phát triển thiết bị lưu trữ thông tin và cảm biến từ trường. SFMO là một vật liệu hứa hẹn cho thế hệ thiết bị điện tử mới. Vật liệu perovskite kép này có ứng dụng đột phá.
6.2. Hiệu suất từ điện trở khổng lồ và ứng dụng
Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (CMR) của SFMO là một ưu điểm lớn. CMR cho phép thay đổi đáng kể điện trở bằng từ trường. Đây là tính năng quan trọng cho các đầu đọc từ tính. SFMO có thể được sử dụng trong các cảm biến từ trường nhạy. Ngoài ra, nó còn tiềm năng trong các bộ nhớ MRAM. Khả năng điều khiển dòng điện spin là cốt lõi. Hiệu suất CMR cần được tối ưu hóa. Các yếu tố như nhiệt độ, từ trường, pha tạp ảnh hưởng đến CMR. Vật liệu perovskite kép này đang được nghiên cứu rộng rãi. Phát triển công nghệ Spintronics đòi hỏi vật liệu hiệu suất cao. CMR là chìa khóa cho nhiều ứng dụng.
6.3. Hướng phát triển và kiến nghị tương lai
Nghiên cứu về Sr2FeMoO6 vẫn tiếp tục phát triển. Cần tìm kiếm các phương pháp chế tạo vật liệu mới. Các phương pháp này giúp kiểm soát tốt hơn kích thước và hình thái hạt. Nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các loại pha tạp khác. Mục tiêu là tối ưu hóa tính chất từ, từ điện trở. Khám phá các ứng dụng mới trong Spintronics. Phát triển các thiết bị nguyên mẫu sử dụng SFMO. Điều này bao gồm các linh kiện như van spin, bộ nhớ MRAM. Cần hợp tác quốc tế để đẩy mạnh nghiên cứu. Vật liệu perovskite kép này có tương lai hứa hẹn. Nâng cao hiệu suất của SFMO là mục tiêu dài hạn. Hướng phát triển mới sẽ mở rộng ứng dụng.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (144 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ ĐỨC HIỀN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT TỪ, TỪ ĐIỆN TRỞ CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE KÉP Sr2FeMoO6 PHA TẠP La VÀ Zn LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI – 2021 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ ĐỨC HIỀN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT TỪ, TỪ ĐIỆN TRỞ CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE KÉP Sr2FeMoO6 PHA TẠP La VÀ Zn Ngành: Khoa học vật liệu Mã số: 9440122 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. NGUYỄN PHÚC DƯƠNG 2. TẠ VĂN KHOA HÀ NỘI – 2021 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của GS. Nguyễn Phúc Dương và TS.
Các số liệu và kết quả chính trong luận án được công bố trong các bài báo đã được xuất bản của tôi và các cộng sự. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Lê Đức Hiền Tập thể hướng dẫn: GS. Nguyễn Phúc Dương TS.
Tạ Văn Khoa 3 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tác giả luận án xin được cảm ơn chân thành sâu sắc với hai người thầy hướng dẫn GS. Nguyễn Phúc Dương và TS. Tạ Văn Khoa đã hướng dẫn chỉ bảo tận tình về kiến thức chuyên môn cũng như những hỗ trợ vật chất và tinh thần trong quá trình thực hiện luận án này. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ tạo điều kiện của lãnh đạo Viện ITIMS, Phòng Đào tạo, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội để tôi có thể hoàn thành luận án.
Tôi cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ về mặt khoa học, động viên khuyến khích về mặt tinh thần từ GS. TSKH Thân Đức Hiền, TS. Lương Ngọc Anh, TS. Đào Thị Thủy Nguyệt, TS.
Tô Thanh Loan, TS. Trần Thị Việt Nga, các nghiên cứu sinh và học viên cao học của Phòng thí nghiệm Nano từ và Siêu dẫn nhiệt độ cao để tôi có đủ quyết tâm thực hiện nghiên cứu hoàn thành luận án. Tôi xin cảm ơn lãnh đạo Viện Công nghệ/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng đã tạo điều kiện cho tôi tham gia nghiên cứu sinh. Tôi xin cảm ơn tới các thủ trưởng, các đồng nghiệp tại Viện Công nghệ đã nhiệt tình tạo điều kiện về thời gian, giúp đỡ các công việc trong quá trình tôi đi học.
Luận án đã nhận được sự giúp đỡ thực hiện các phép đo của Viện AIST, Phòng thí nghiệm Vật lý Vật liệu Từ và Siêu dẫn thuộc Viện Khoa học Vật liệu; Khoa Hóa học – Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội; Viện Khoa học Vật liệu, VAST. Viện nghiên cứu tia synchrotron (SLRI) Thái Lan; Viện Van der Waalse-Zeeman – Đại học Amsterdam, Hà Lan. Xin cảm ơn những sự giúp đỡ máy móc thiết bị từ các đơn vị nghiên cứu này. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc tới Đại gia đình và gia đình nhỏ của mình.
Với tình yêu thương vô hạn và niềm tin tưởng tuyệt đối, gia đình cùng vợ và hai con, các anh em trong gia đình đã cùng tôi vượt qua rất nhiều khó khăn để quyết tâm hoàn thành bản luận án này. Hà Nội, tháng 2 năm 2021 Tác giả Lê Đức Hiền 4 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.4 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU.iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.vii MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PEROVSKITE KÉP Sr2FeMoO6.1 Cấu trúc tinh thể của SFMO.2 Cấu trúc điện tử của SFMO.1 Bố trí điện tử ở các mức năng lượng của SFMO.2 Momen từ trên một đơn vị công thức của SFMO.3 Tương tác sắt từ và nhiệt độ Curie.3 Hiệu ứng từ điện trở.4 Các yếu tố ảnh hưởng lên tính chất của SFMO.1 Ảnh hưởng của độ bất trật tự cation.2 Ảnh hưởng của pha tạp.3 Hiệu ứng kích thước nanomet.36 Kết luận chương 1. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.1 Công nghệ chế tạo các hạt SFMO có kích thước nanomet.1 Phương pháp gốm.2 Phương pháp Sol-gel.1 Hóa chất và thiết bị sử dụng.2 Chế tạo Sol.3 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất của SFMO.1 Phân tích nhiệt DTA-TGA.2 Nhiễu xạ tia X.3 Nhiễu xạ tia X và phổ hấp thụ tia X dùng nguồn synchrotron.4 Phân tích Rietveld.5 Hiển vi điện tử quét (SEM).6 Nghiên cứu tính chất từ của vật liệu bằng từ kế mẫu rung (VSM).7 Giao thoa kế lượng tử siêu dẫn (SQUID).8 Đo từ điện trở bằng phương pháp bốn mũi dò.57 Kết luận chương 2.
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT TỪ CỦA PEROVSKITE KÉP Sr2FeMoO6 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA PHA SrMoO4 LÊN HIỆU ỨNG TỪ ĐIỆN TRỞ.1 Cấu trúc tinh thể, hình thái hạt của hệ mẫu SFMO.2 Tính chất từ của vật liệu SFMO.3 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng pha SrMoO4 (SMO) lên hiệu ứng từ điện trở của SFMO.74 Kết luận chương 3. ẢNH HƯỞNG CỦA PHA TẠP La LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA SFMO .1 Cấu trúc tinh thể và hình thái hạt của hệ mẫu SFMO pha tạp La.2 Tính chất từ của vật liệu SFMO pha tạp La.3 Tính chất điện của vật liệu SFMO pha tạp La.92 Kết luận chương 4.100 ii CHƯƠNG 5. ẢNH HƯỞNG CỦA PHA TẠP Zn LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA SFMO .1 Cấu trúc tinh thể và hình thái hạt của hệ mẫu SFMO pha tạp Zn.2 Tính chất từ của vật liệu SFMO pha tạp Zn.3 Từ điện trở và độ phân cực spin.109 Kết luận chương 5.111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.112 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.114 TÀI LIỆU THAM KHẢO.115 iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 1. Chữ viết tắt ASD: Bất trật tự cation (Antisite Defect) DOS: Mật độ trạng thái (Density of States) DP: Perovskite kép (Double Perovskite) DTA: Phân tích nhiệt vi sai (Differential Thermal Analysis) đ.: Đơn vị công thức FESEM: Hiển vi điện tử quét phát xạ trường (Field Emission Scanning Electron Microscope) ICP-AES Phương pháp quang phổ phát xạ plasma (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy) ITMR: Từ điện trở xuyên ngầm qua biên hạt (Intergrain Tunneling Magnetoresistance) LMTO: (Linear Mufin-Tin Orbital) LFMR: Từ điện trở ở từ trường thấp (Low Field Magneto-resistance) MR: Từ điện trở (Magneto-resistance) MRAM: Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ điện trở (Magnetoresistive Random Access Memory) SAXS: Tán xạ tia X góc nhỏ (Small Angle X-ray Scattering) SEM: Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) SXRD: Nhiễu xạ bột tia X phát xạ đồng bộ (Synchrotron Radiation X-ray Powder Diffaction) SFMO: Sr2FeMoO6 SLFMO Sr2-xLaxFeMoO6 SFZMO: Sr2Fe1-xZnxMoO6 SQUID: Giao thoa kế lượng tử siêu dẫn (Superconducting Quantum Interference Device) TEM: Hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope) TGA: Phân tích nhiệt khối lượng (Thermo Gravimetry Analysis) TMR: Từ điện trở xuyên ngầm (Tunneling Magnetoresistance) VMD: Mật độ khối thể tích VSM: Từ kế mẫu rung (Vibrating Sample Magnetometer) XANES: Cấu trúc gần hấp thụ tia X (X-ray Absortion Near Edge Structure) XAS: Phổ hấp thụ tia X (X-ray Absortion Spectroscopy) XRD: Nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction) iv 2.
Các ký hiệu : Số mũ tới hạn của hàm Bloch : Độ rộng bán vạch của phổ nhiễu xạ tia X θ: Góc nhiễu xạ tia X ρ: Điện trở suất µB: Magneton Bohr Å: Đơn vị Ångström σ SD: Độ dẫn (xuyên ngầm phụ thuộc spin) : Độ cảm từ 2: Thừa số bình phương tối thiểu a: Hằng số mạng dA-O: Khoảng cách ôxy tới vị trí A dB-O: Khoảng cách ôxy tới vị trí B dB’-O: Khoảng cách ôxy tới vị trí B’ D: Kích thước tinh thể f: thừa số dung hạn gJ: Hằng số Land’e G0: Độ dẫn điện (không có phân cực spin) H: Từ trường ngoài I: Cường độ dòng điện Ical: Cường độ nhiễu xạ tính toán Iobs: Cường độ nhiễu xạ thực nghiệm k2: Chiều cao rào thế m: momen từ Msp: Mômen từ tự phát Ms: Mômen từ bão hòa MR(%): Giá trị hiệu ứng từ điện trở P: Độ phân cực spin p: Độ bất trật tự cation Rwp: Hệ số tương quan ri: Bán kính nguyên tử i s: Độ dày rào thế S: Momen spin Ta: Nhiệt độ thiêu kết TC: Nhiệt độ Curie V: Hiệu điện thế VMDhydr: Mật độ khối thể tích theo phương pháp thủy tĩnh VMDXRD: Mật độ khối thể tích theo lý thuyết (XRD) v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Hàm lượng các pha trong hợp chất SFMO của các mẫu M1, M2, M3.2: Tham số hiệu chuẩn C [130].1: Kí hiệu các mẫu và kết quả phân tích ICP-AES.2: Kết quả phân tích Rietveld của các mẫu Sr2FeMoO6.3: Phân bố cation trên mạng B và B’ của các mẫu Sr2FeMoO6.4: Mật độ khối thể tích (VMD) của các mẫu.5: Momen từ tổng của các mẫu ở 0 K theo tính toán và thực nghiệm.6: Giá trị từ điện trở MRmax của các mẫu đo ở 87 K và 300 K.1: Các tham số cấu trúc của các mẫu Sr2-xLaxFeMoO6 (hằng số mạng a và c; độ dài liên kết <dA-O>, <dB-O>, <dB’-O>; thể tích ô đơn vị V; kích thước tinh thể trung bình D), nhiệt độ Curie (Tc) của các mẫu, giá trị các hệ số tinh chỉnh (χ2 và Rwp) và phân bố cation giữa các vị trí tinh thể.2: Độ từ hóa (M) ở 5 K, momen từ theo thực nghiệm (mexp) tại 5 K và theo tính toán m(0)cal ở trạng thái cơ bản, nhiệt độ Curie (TC), điện trở suất (ρ) và độ phân cực spin (P) tại 5 K của các mẫu Sr2-xLaxFeMoO6.1: Giá trị các hằng số mạng (a và c), thể tích ô đơn vị (V), kích thước tinh thể trung bình (D), ứng suất ε = Δd/d và tỷ phần pha SrMoO4 của các mẫu SFZMO.2: Giá trị của momen từ; mexp(T) tại 5 K; nhiệt độ Curie Tc; điện trở suất ρ; MRmax; độ phân cực spin P của các mẫu.108 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc lý tưởng của SFMO [22].2: Cấu trúc vùng năng lượng của SFMO [27].3: Sơ đồ mức năng lượng của các quỹ đạo electron [27].4: Sơ đồ trật tự sắt từ của SFMO [36].5: Momen từ tổng và nhiệt độ Curie (TC) phụ thuộc vào tỷ lệ khuyết oxy [44].6: Sơ đồ tách mức năng lượng Sr2FeMoO6 theo Kobayashi [5].7: Mật độ trạng thái của Sr2FeMoO6 [5].8: Sự bố trí của các nguyên tử Fe và Mo của SFMO trong cấu trúc lý tưởng (A) và khi có hiện tượng đảo (B và C) [62].9: a) Momen từ bão hòa phụ thuộc nhiệt độ của SFMO; b) Đường làm khớp của momen từ bão hòa tại T = 5K và nhiệt độ Curie phụ thuộc độ bất trật tự cation [67].11: Sự phụ thuộc của nhiệt độ Curie TC vào bán kính nguyên tử ở vị trí A của hợp chất A2FeMoO6: ([81]-vuông; [82]-tròn và [13]-tam giác).12: Momen từ phụ thuộc vào nhiệt độ của các mẫu Sr2Fe1-xZnxMoO6 [113].13: Đường cong từ hóa của các mẫu Sr2Fe1−xZnxMoO6 [113].14: Momen từ bão hòa phụ thuộc vào nồng độ x của Zn [114].15: Từ điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của các mẫu Sr2-xLaxFeMoO6 [115].
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Lê Đức Hiền (2021). Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ điện trở của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6 [Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội]. LuanAn.net. https://luanan.net/tai-lieu-khac/che-tao-va-nghien-cuu-tinh-chat-tu-dien-tro-cua-vat-lieu-perovskite-kep-sr2femo6
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ điện trở của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án: Chế tạo, nghiên cứu tính chất từ điện trở perovskite kép Sr2FeMoO6 pha tạp La, Zn. Khám phá ứng dụng vật liệu mới.
Luận án "Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ điện trở của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Năm bảo vệ: 2021.
Luận án "Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ điện trở của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ điện trở của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6" thuộc chuyên ngành Khoa học vật liệu. Danh mục: Tài liệu khác.
Luận án "Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ điện trở của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6" có bao nhiêu trang?
Luận án "Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ điện trở của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6" có 144 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ điện trở của vật liệu perovskite kép Sr2FeMoO6" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.