Luận án tiến sĩ: Hiệu ứng phụ thuộc kích thước trong màng mỏng perovskite có trật tự xa - TS. Nguyễn Từ Niệm (ĐHQGHN)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Từ Niệm NGHIÊN CỨU MỘT SỐ HIỆU ỨNG PHỤ THUỘC KÍCH THƯỚC TRONG MÀNG MỎNG PEROVSKITE CÓ TRẬT TỰ XA LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội - 2018 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Từ Niệm NGHIÊN CỨU MỘT SỐ HIỆU ỨNG PHỤ THUỘC KÍCH THƯỚC TRONG MÀNG MỎNG PEROVSKITE CÓ TRẬT TỰ XA Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán Mã số : 62.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ V ẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. Bạch Thành Công Hà Nội - 2018 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .4 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG PHỤ THUỘC KÍCH THƯỚC TRONG MÀNG MỎNG CÓ TRẬT TỰ XA. MỘT SỐ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ MÀNG MỎNG.

Sự phụ thuộc nhiệt độ chuyển pha vào độ dày màng mỏng. Sự phụ thuộc của tham số trật tự vào độ dày màng mỏng. Sự tái định hướng spin phụ thuộc độ dày màng mỏng. Lý thuyết chuyển pha hiện tượng luận của Landau.

Lý thuyết hàm Green hai thời điểm. HIỆU ỨNG PHỤ THUỘC KÍCH THƯỚC TRONG MÀNG MỎNG MÔ TẢ BẰNG MÔ HÌNH ISING TRONG TRƯ ỜNG NGANG. HAMILTONIAN ISING TRONG TRƯỜNG NGANG VÀ DỌC. GẦN ĐÚNG TRƯỜNG TRUNG BÌNH CHO HỆ SPIN MÔ TẢ BẰNG MÔ HÌNH ISING NGANG.

Phương trình xác định tham số trật tự. Phương trình xác đ ịnh nhiệt độ chuyển pha Curie. Chuyển pha lượng tử theo lý thuyết trường trung bình. Kết quả tính số.

PHƯƠNG PHÁP TÍCH PHÂN PHIẾM HÀM CHO MÔ HÌNH ISING TRONG TRƯỜNG NGANG. GẦN ĐÚNG GAUSSIAN CHO NĂNG LƯỢNG TỰ DO. NĂNG LƯỢNG SÓNG SPIN VÀ ĐỘ CẢM TỪ CỦA MÀNG MỎNG MỘT LỚP MÔ TẢ BẰNG MÔ HÌNH XZ HEISENBERG .58 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. HAMILTONIAN CHO MÀNG MỎNG XZ HEISENBERG DỊ HƯỚNG ĐƠN LỚP.

BIỂU DIỄN TÍCH PHÂN PHIẾM HÀM CHO HÀM GREEN MATSUBARA, GẦN ĐÚNG GAUSSIAN. ĐỘ CẢM TỪ VÀ NĂNG LƯỢNG SÓNG SPIN TRONG MÀNG MỎNG SPIN ĐƠN LỚP. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TƯƠNG TÁC ĐẾN NHIỆT ĐỘ CURIE VÀ SỰ TÁI ĐỊNH HƯỚNG SPIN TRONG MÀNG MỎNG TỪ MÔ TẢ BẰNG MÔ HÌNH HEISENBERG DỊ HƯỚNG. SỰ TÁI ĐỊNH HƯỚNG SPIN TRONG MÀNG MỎNG TỪ HEISENBERG VỚI DỊ HƯỚNG ION ĐƠN TRỤC.

Mô hình Heisenberg với dị hướng ion đơn trục cho màng mỏng từ. Kết quả và thảo luận. VAI TRÒ CỦA TƯƠNG TÁC LƯỠNG CỰC VÀ DỊ HƯỚNG TRONG MÀNG MỎNG. Mô hình Heisenberg cho màng mỏng từ có chứa tương tác lưỡng cực và dị hướng.

Hàm Green Matsubara. Kết quả tính số .89 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4.91 KẾT LUẬN CHUNG CHO LUẬN ÁN .93 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN.95 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. TRỊ RIÊNG CỦA MA TRẬN TOEPLITZ. TÍCH PHÂN GAUSS.111 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi.

Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực, khách quan và đã đư ợc công bố theo đúng quy định. Các kết quả này chưa từng được sử dụng trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Từ Niệm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Tôi xin dành những lời cảm ơn đầu tiên và sâu sắc nhất của mình gửi tới GS. Bạch Thành Công, người thầy đã luôn nhiệt tình hư ớng dẫn tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này và đã giúp đỡ tôi trưởng thành hơn trên con đường nghiên cứu khoa học của mình.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các bạn đồng nghiệp trong Bộ môn Vật lý Đại cương đã t ạo mọi điều kiện thuận lợi, luôn giúp đỡ và động viên tôi rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Xin gửi lời cảm ơn đến đề tài NAFOSTED 103.01-2015-92 đã hỗ trợ kinh phí để tôi hoàn thành công trình này. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến những người thân trong gia đình đã luôn động viên và là chỗ dựa vững chắc cho tôi, giúp tôi thêm nghị lực để hoàn thành luận án này.

Hà Nội, năm 2018 Nguyễn Từ Niệm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT MFA: Mean Field Approximation (Gần đúng trường trung bình). TPPH: Tích phân phiếm hàm. LCGN: Lân cận gần nhất (nearest neighbour). QCP: Điểm chuyển pha lượng tử (Quantum Critical Point) TIM: Mô hình Ising trong trư ờng ngang (Transverse Ising Model) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 0.

Giản đồ sự phụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha sắt điện-thuận điện vào tham số điều chỉnh của vật liệu sắt điện [86]. Sự phụ thuộc của nhiệt độ Curie vào độ dày màng Ni [78]. Nhiệt độ Curie sắt điện của màng mỏng perovskite PbTiO3 giảm rất nhanh khi độ dày màng cỡ 6-7 kích thước ô cơ sở và hầu như bằng không khi độ dày màng cỡ khoảng 3 kích thước ô cơ sở. Đường chấm mờ mô tả kết quả khi làm khớp số liệu thực nghiệm theo lý thuyết Landau [26].

Sự phụ thuộc moment từ vào độ dày của màng La-Mn-Sr-O [76]. Sự phụ thuộc kích thước của độ từ hóa bão hòa trong màng mỏng Au/Ni/Si(100) [91]. Ảnh hưởng của độ dày màng BTO lên độ phân cực tại nhiệt độ phòng [42]. Sự phụ thuộc độ dày màng PZT của độ phân cực tỷ đối [33].

Đồ thị năng lượng tự do như hàm của độ phân cực F(P) cho chuyển pha loại 2[105]. Kích thư ớc tới hạn theo lý thuyết trường trung bình khi năng lư ợng bề mặt dương   0 [105]. Vị trí của spin trong mạng tinh thể được cho bởi vectơ vị trí r j. Ở đây chỉ số lớp spin là  (  1,2,., n) và vectơ 2 chiều R j nằm trong mặt phẳng mạng song song với mặt màng mỏng.

Sự phụ thuộc nhiệt độ của các thành phần độ phân cực mx/s, mz/s trong màng mỏng đối xứng hai lớp với các tham số η = 0. Sự phụ thuộc của trung bình các thành phần độ phân cực vào trường ngang đối với màng mỏng gồm một hoặc hai lớp spin (n=1,2). Sự phụ thuộc của nhiệt độ Curie vào độ dày màng với các hằng số trao đổi dị hướng khác nhau (a) với tham số được chọn: Ω0 /J=2.0; s=1 và h0 =0 và với các giá trị trường ngang khác nhau (b) khi s=1, h0=0, η=1. Sự phụ thuộc nhiệt độ Curie vào trường ngang với η=1.

48 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Sự phụ thuộc của trường ngang tới hạn vào độ dày màng mỏng với các hằng số trao đổi dị hướng khác nhau khi chỉ số spin của màng có giá trị: s=1(a) và s=3/2 (b). Đ ồ thị so sánh số liệu thực nghiệm và tính toán lý thuyết cho màng mỏng perovskite PbTiO3. Tham số lý thuyết tương ứng là: Ω0/J=6.

Giản đồ Feymann cho phiếm hàm tương tác (2.51) đến bậc 4 của biến trường. Đường lượn sóng ứng với z (q ) , đường mũi tên ứng với hàm K 1 2 (q1, q 2 ). Các biểu thị và quy tắc của giản đồ được Izyumov đưa ra trong [45]. Định hướng của hệ trục tọa độ mạng tinh thể xyz và hệ tọa độ quay XYZ.

Trục OZ trùng với hướng của trường tổng hợp   nằm trong mặt xOz và tạo một góc  so với mặt phẳng màng. Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ phân cực tổng m và các thành phần mz, mx, góc nghiêng qvới s=1, h0 = 0 , L = 0. Đồ thị mz, mx được vẽ với  0  1. Đồ thị của m được vẽ với 0  0.

Sự phụ thuộc nhiệt độ của năng lượng sóng spin trong màng một lớp: kx=ky=0. Ở đây spin có giá trị s=1 và h0=0. Sự phụ thuộc năng lượng sóng spin của màng đơn lớp tại tâm vùng Brillouin vào trường ngang tại nhiệt độ   1. Mô hình các lớp spin trong hai hệ tọa độ Oxyz và OXYZ.

Từ trường ngoài h tạo với trục OX một góc là  ,  là góc quay của các spin trong trường ngoài h. R j xác định vị trí của spin trong mặt phẳng song song với mặt màng. Js là tương tác trao đổi lân cận gần nhất giữa các spin trong cùng một lớp, Jp là tương tác trao đổi lân cận gần nhất giữa các spin trong các lớp khác nhau. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ phân cực từ trong màng mỏng cấu trúc lập phương hai lớp (a) và ba lớp (b) với các giá trị khác nhau của tham số tương tác trao đổi bề mặt khi s=1, d=0.

Sự thay đổi của góc θ (góc gi ữa vectơ phân cực từ và phương pháp tuyến với mặt màng) theo trường ngoài h.78 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Sự phụ thuộc trường ngoài của các thành phần mx, mz với các giá trị ζ khác nhau. Tính toán thực hiện cho n=2, ε=0. Sự phụ thuộc của góc θ trong màng m ỏng hai lớp vào cường độ trường ngoài tạo với trục OX một góc ε=π/6.

Các tham s ố được chọn trong hệ đơn vị của Jp là d=0. Sự phụ thuộc của nhiệt độ Curie của màng mỏng một lớp cấu trúc hình vuông vào tham số   J s / J d , s=1/2. Sự phụ thuộc của nhiệt độ Curie vào độ lớn trao đổi sắt từ bề mặt cho màng tự do hai lớp có cấu trúc lập phương và spin s=1/2. Nhiệt độ Curie phụ thuộc vào tương tác trao đổi sắt từ bề mặt đối với các màng mỏng có độ dày và spin khác nhau khi dị hướng bằng không.91 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Hiện nay màng mỏng có trật tự xa (trật tự sắt từ hoặc trật tự sắt điện) gọi chung là màng mỏng ferroic được áp dụng rộng rãi để chế tạo các linh kiện điện tử thế hệ mới, các bộ nhớ sắt điện (FeRAMs), DRAM, MRAM (bộ nhớ sắt từ truy cập ngẫu nhiên), các tụ điện có dung lượng lớn, cảm biến từ trường siêu nhạy [39, 85].

Những tính chất mới và tiềm năng ứng dụng to lớn làm cho lĩnh vực nghiên cứu về màng mỏng ngày càng phát triển mạnh mẽ. Trong thực tế, mặc dù màng mỏng có tác động rất lớn trong công nghệ lưu trữ thông tin, sự nghiên cứu về màng mỏng cũng chỉ đang ở giai đoạn khám phá ban đầu và sự nghiên cứu lâu dài về lĩnh vực này là cần thiết.