Sự chuyển pha cấu trúc và tính chất quang - từ của vật liệu BaTiO3 pha tạp Mn

Vật liệu đa pha điện từ BaTi1-xMnxO3 (0,0 ≤ x ≤ 0,1) được chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn. Sự chuyển pha cấu trúc và tính chất quang-từ của vật liệu đã được khảo sát chi tiết. Kết quả cho thấy, khi Mn thay thế cho Ti, cấu trúc của vật liệu chuyển từ tứ giác (P4mm) sang lục giác (P63/mmc).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sự chuyển pha cấu trúc và tính chất quang - từ của vật liệu BaTiO3 pha tạp MnNguyễn Chí Huy và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ185(09): 27 - 32SỰ CHUYỂN PHA CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG – TỪCỦA VẬT LIỆU BaTiO3 PHA TẠP MnNguyễn Chí Huy, Nguyễn Thị Ngọc Mai, Lại Thị Hải Hậu, Nguyễn Văn Đăng*Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái NguyênTÓM TẮTVật liệu đa pha điện từ BaTi1-xMnxO3 (0,0 ≤ x ≤ 0,1) được chế tạo bằng phương pháp phản ứng pharắn. Sự chuyển pha cấu trúc và tính chất quang-từ của vật liệu đã được khảo sát chi tiết. Kết quả chothấy, khi Mn thay thế cho Ti, cấu trúc của vật liệu chuyển từ tứ giác (P4mm) sang lục giác(P63/mmc). Sự xuất hiện của các mức tạp chất Mn kết hợp với các mức tạp do sự khuyết thiếu ôxy,sai hỏng mạng tạo nên sự chồng chập, mở rộng dải hấp thụ và làm dịch bờ hấp thụ về phía bướcsóng dài. Chúng tôi cũng chỉ ra rằng, các ion Mn3+ và Mn4+ đã thay thế cho ion Ti4+ trong cấu trúctứ giác và lục giác của vật liệu BaTiO3, trong đó cấu trúc lục giác bắt đầu hình thành khi x = 0,01.Tất cả các mẫu đều thể hiện tính chất sắt từ yếu ở nhiệt độ phòng. Đặc trưng sắt từ của vật liệutăng khi x tăng từ 0,0 tới 0,02 và giảm khi x ≥ 0,04. Chúng tôi cho rằng, tính chất sắt từ của vậtliệu BaTi1-xMnxO3 có nguồn gốc từ những sai hỏng mạng và tương tác trao đổi giữa các ion Mn 3+và Mn4+.Từ khóa: Vật liệu đa pha điện từ, Hấp thụ, Tính chất quang-từMỞ ĐẦU*Vật liệu đa pha điện từ (multiferroics) hiệnđang thu hút sự quan tâm nghiên cứu vì chúngxuất hiện nhiều hiệu ứng vật lý phức tạp vàhứa hẹn nhiều khả năng ứng dụng trong cácthiết bị điện tử đa chức năng [1-2]. Sự tíchhợp đa trạng thái trật tự trên cùng một phacủa vật liệu có ý nghĩa quan trọng trong việcgiảm thiểu kích thước các thiết bị linh kiệnđiện tử. Nhờ khả năng chuyển hóa giữa nănglượng điện và năng lượng từ nên vật liệumultiferroics có khả năng ứng dụng trongnhiều lĩnh vực như: chế tạo cảm biến điện từcó độ nhạy cao, bộ chuyển đổi cực nhanh, bộlọc, phần tử nhớ nhiều trạng thái, sensor điệntừ hoạt động ở nhiệt độ phòng, các ăng-ten,bộ lưu dữ liệu, DRAM, MRAMs, FeRAMs...[1,2]. Một trong những phương pháp có thểtạo ra vật liệu multiferroics dạng đơn chất làpha tạp các ion kim loại chuyển tiếp 3d (Mn,Fe, Ni, Co...) vào các vật liệu sắt điện điểnhình như BaTiO3, SrTiO3...[3-5]. BaTiO3 làvật liệu điện môi, sắt điện và áp điện điểnhình với nhiều tính chất thú vị và sự chuyểnpha cấu trúc rất phức tạp. Khi thay thế mộtphần Mn cho Ti thì hợp chất BaTi1-xMnxO3 có*Tel: 0983 009975, Email: nvdkhtn@gmail.comsự chuyển pha cấu trúc từ tứ giác sang lụcgiác và vật liệu có thể đồng tồn tại cả tínhchất sắt điện và sắt từ [3]. Gần đây, nhiềunghiên cứu cũng đặc biệt quan tâm đến tính chấtquang của vật liệu này. Trong bài báo này,chúng tôi trình bày một số kết quả nghiên cứuvề sự chuyển pha cấu trúc và tính chất quang-từcủa vật liệu BaTiO3 pha tạp Mn.THỰC NGHIỆMCác mẫu đa tinh thể BaTi1-xMnxO3 (0,0 ≤x ≤0,1) được chế tạo bằng phương pháp phảnứng pha rắn. Các hóa chất ban đầu là: MnO2,BaCO3, TiO2 với độ sạch trên 99,99%. Saukhi cân theo đúng hợp thức danh định, hỗnhợp sẽ được nghiền trộn bằng cối mã não, épviên và nung sơ bộ ở nhiệt độ 10500C trong24 giờ. Sản phẩm sau đó được nghiền trộn vàép viên lần hai, cuối cùng được ép viên vànung thiêu kết ở nhiệt độ 13000C trong thờigian 5 giờ. Độ sạch pha và cấu trúc tinh thểcủa mẫu được kiểm tra bằng phương phápnhiễu xạ tia X. Phép đo phổ hấp thụ (UV-Vis)được thực hiện trên hệ đo JACO V-670. Phépđo đường cong từ trễ được thực hiện trên hệđo các tính chất vật lý PPMS 6000. Các kết quảđo phổ hấp thụ tia X (X-ray AbsorptionSpectroscopy) được đo tại beamline BL07Acủa Trung tâm Quốc gia về Nghiên cứu đồng bộ27Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆphóng xạ Quốc gia Đài Loan (NSRRC). Tất cảcác phép đo đều thực hiện ở nhiệt độ phòng.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNHình 1 là kết quả phân tích giản đồ nhiễu xạtia X (XRD) của các mẫu trong khoảnggóc 2 từ 20o đến 63o, với bước quét 0,02°.Kết quả cho thấy, các đỉnh phổ có cường độmạnh và rất sắc nét chứng tỏ các mẫu hoàntoàn sạch pha, kết tinh tốt và ít sai hỏng. Khichưa pha tạp (x = 0,0) vật liệu BaTiO3 có cấutrúc tứ giác thuộc nhóm không gian P4mm. Khithay thế Mn cho Ti với nồng độ rất nhỏ (x =0,01), trên XRD bắt đầu đã quan sát thấy cácvạch nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc lục giác,nhóm đối xứng không gian P63/mmc. Khi xtăng, cường độ các vạch nhiễu xạ đặc trưngcho pha lục giác tăng dần, cường độ các vạchnhiễu xạ đặc trưng cho pha tứ giác giảm dần,chứng tỏ tỷ phần pha tinh thể lục giác trongmẫu tăng dần khi x tăng.185(09): 27 - 32nhỏ (x  0,02), 50% cấu trúc tứ giác đãchuyển sang cấu trúc lục giác. Khi x > 0,04 tỷphần pha cấu trúc tứ giác giảm chậm và khi x= 0,1 cấu trúc tứ giác vẫn chưa chuyển hoàntoàn thành cấu trúc lục giác. Tuy nhiên, khi x= 0,1 tỷ phần pha tứ giác tồn tại trong mẫu làrất nhỏ còn tỷ phần pha lục giác chiếm đasố. Kết quả này phù hợp với các cô ...