Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Sự thay đổi tính chất của hợp chất thiếu Lantan La0,60Ca0,30MnO3-δ

Luận văn trình bày một số tính chất đặc trưng của hệ vật liệu Perovskite LaMnO3 như: cấu trúc tinh thể hệ vật liệu Perovskite LaMnO3; hiệu ứng Jahn-Teller; trạng thái spin và cấu hình spin của các điện tử lớp d trong trường tinh thể bát diện BO6; tương tác siêu trao đổi; tương tác trao đổi kép; hiệu ứng điện trở khổng lồ; đặc điểm của vật liệu Perovskite La1-xCaxMnO3 thiếu lantan ... Tiến hành thực nghiệm và đánh giá các kết quả thu được.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Sự thay đổi tính chất của hợp chất thiếu Lantan La0,60Ca0,30MnO3-δLuận văn thạc sĩ Nguyễn Minh Thuý MỞ ĐẦU Ngày nay, sự phát triển của các ngành kỹ thuật như chế tạo cơ khí, xây dựng,kỹ thuật điện và điện tử, giao thông vận tải... đều gắn liền với vật liệu , đặc biệt lànhững ngành kỹ thuật cao. Ngành nào cũng cần đến các vật liệu với tính năng ngàycàng đa dạng và chất lượng ngày càng cao. Trong khi nguồn tài nguyên thiên nhiênđang dần cạn kiện thì việc phát hiện, tìm tòi và nghiên cứu những vật liệu mới đãtrở thành một trong các hướng mũi nhọn của các quốc gia. Một trong những vật liệu được nghiên cứu rộng rãi trong những năm gần đâylà Perovskite và đã trở nên phổ biến trong lĩnh vực khoa học vật liệu mới, đặc biệtlà các vật liệu P erovskite chứa mangan [6, 8, 12, 14, 16]. Có hai yêu cầu quan trọng để đưa một vật liệu mới ứng dụng thực tế, đó là: 1. Nhiệt độ chuyển pha T C phải cao, càng gần nhiệt độ phòng càng tốt. 2. Hiệu ứng từ nhiệt xảy ra phải lớn. Ngoài việc đáp ứng hai yêu cầu cơ bản trên, vật liệu Perovskite còn có nhiềutính chất thú vị khác như: có từ trở lớn, có chuyển pha kim loại – điện môi... Đặcbiệt là có nhiệt độ chuyển pha gần với nhiệt độ phòng. Do có nhiều đặc tính điện -từ - hóa khác nhau nên Perovskite có mặt trong rất nhiều ứng dụng và được coi làmột trong những vật liệu rất lý thú. Nhà vật lý người Ấn Độ C. N. R. Rao từng phátbiểu rằng “Perovskite là trái tim của vật lý chất rắn”[1]. Với tính chất từ điện trởsiêu khổng lồ, Perovskite rất hứa hẹn cho các linh kiện spintronics và các cảm biếntừ siêu nhạy. Với nhiều tính chất đặc biệt như siêu dẫn nhiệt độ cao, sắt điện...Perovskite rất hữu ích cho nhiề u linh kiện điện tử. Ngoài ra, P erovskite với các tínhchất hấp phụ và xúc tác còn được sử dụng trong các pin nhiên liệu. Một điều đặc biệt lý thú trong hợp chất Perovskite là vật liệu thiếu lantan.Một số kết quả nghiên cứu cho thấy, các hợp chất thiếu lantan có nhiều tính chấtthay đổi mà bản chất vật lý của chúng cần được làm sáng tỏ. Trên cơ sở đã tìm hiểuhợp chất thiếu l antan La0,54Ca0,32MnO3-δ, chúng tôi tiếp tục tiến hành nghiên cứu các 1Luận văn thạc sĩ Nguyễn Minh Thuýtính chất vật lý của hợp chất thiếu l antan La0,60Ca0,30MnO3-δ. Trong hợp chất này,tổng số lượng Lantan và Canxi sẽ nhỏ hơn 1 trong hợp thức danh định. Như vậy, tỷsố Mn3+ : Mn4+ sẽ thay đổi khác v ới tỷ số này trong hợp chất đủ l antan. Từ đó sẽgây nên những thay đổi đáng kể trong các chuyển pha thuận từ – sắt từ, chuyển phasắt từ – phản sắt từ và chuyển pha trật t ự điện tích trong vật liệu này. Giải thích kếtquả nghiên cứu dựa trên những lý thuyết cơ bản của các vật liệu từ áp dụng chonhững hợp chất Perovskite. Ngoài phần mở đầu, nội dung khoá luận bao gồm:  Chương 1: Một số tính chất đặc trưng của hệ vật liệu P erovskite LaMnO3.  Chương 2: Phương pháp thực nghiệm.  Chương 3: Kết quả và thảo luận.  Kết luận.  Tài liệu tham khảo. Khóa luận này được thực hiện tại Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. 2Luận văn thạc sĩ Nguyễn Minh Thuý CHƯƠNG 1 MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ VẬT LIỆU PEROVSKITE LaMnO31.1. Sơ lược về cấu trúc tinh thể hệ vật liệu Perovskite LaMnO3 1.1.1. Cấu trúc tinh thể Perovskite Perovskite là tên gọi chung của các vật liệu gốm có cấu trúc tinh thể giốngvới cấu trúc của vật liệu gốm canxi titanat (CaTiO3). Cấu trúc Perovskite được H. D. Megaw đưa ra vào năm 1946 [ 7] khi xácđịnh cấu trúc của vật liệu CaTiO 3. Ngày nay thuật ngữ này đư ợc dùng chung chocác vật liệu Perovskite có công thức chung là ABO 3. Cấu trúc tinh thể của họ Perovskite lý tưởng ABO 3 được thể hiện trên hình1.1a, trong đó, ô mạng cơ sở là một hình lập phươ ng có các hằng số mạng a = b = cvà các góc α = β = γ = 90. Vị trí 8 đỉnh của hình lập phương là cation A (vị trí A),tâm của hình lập phương là vị trí của cation B (vị trí B), tâm của 6 mặt lập phươnglà anion Ôxy (ion ligand). Như vậy, xung quanh mỗi cation B có 8 cation A và 6anion Ôxy, quanh mỗi cation A có 12 anion Ôxy phối vị (hình 1.1b). Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể Perovskite lý tưởng (a) và sự sắp xếp của cấu trúc Perovskite lý tưởng (b ) 3Luận văn thạc sĩ Nguyễn Minh Thuý Ở vị trí của iôn Ôxy, có thể là một số nguyên tố khác, nhưng phổ biến nhấtvẫn là Ôxy. Tùy theo nguyên tố ở vị trí B mà có thể phân thành nhiều họ khác nhau,ví dụ như họ manganite khi B = Mn, họ titanate khi B = Ti hay họ cobaltite khi B =Co... Thông thường, bán kính iôn A lớn hơn so với B. Đặc trưng quan trọng của vật liệu Perovskite là sự tồn tại bát diện BO6, nộitiếp ô mạng cơ sở, các đỉnh của bát diện là 6 ion Ôxy và tâm của bát diện là 1 catio nB. Có thể biểu diễn cấu trúc Perovskite như là bao gồm nhiều bát diện BO6 xếpcạnh nhau, được tạo thành từ 6 anion Ôxy và 1 cation B. Trên hình 1.1b mô tả cấutrúc tinh thể khi tịnh tiến trục toạ độ đi 1 2 ô mạng. Theo cách mô tả này thì gócliên kết B - O - B là 180o và độ dài các liên kết B - O là bằng nhau theo các trục. Phần lớn các vật liệu Perovskite không pha tạp là các điện môi phản sắt từ.Khi pha tạp, tuỳ theo nồng độ và loại ion pha tạp mà cấu trúc tinh thể không còn làlập phương ...