Download miễn phí Luận văn Tính chất điện, từ của hệ vật liệu pervoskite La1-X¬YxFeO3
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
MỞ ĐẦU 3
Chương 1: VẬT LIỆU PEROVSKITE 5
1.1 Cấu trúc tinh thể của vật liệu perovskite ABO3 5
1.1.1 Vật liệu ABO3 thuần 5
1.1.2 Vật liệu ABO3 biến tính 6
1.2 Sự tách mức năng lượng trong trường tinh thể và hiệu ứng Jahn-Teller 7
1.2.1 Sự tách mức năng lượng trong trường tinh thể 7
1.2.2 Hiệu ứng Jahn-Teller 7
1.3 Các tương tác vi mô trong vật liêu perovskite 9
1.3.1 Tương tác siêu trao đổi (Super Exchange Interaction- SE) 9
1.3.2 Tương tác trao đổi kép (Double Exchange Interaction - DE) 11
1.4 Một số mô hình dẫn điện trong vật liệu perovskite ABO3 biến tính 13
1.4.1 Sự hình thành polaron điện 13
1.4.2 Mô hình khe năng lượng 16
1.4.3 Mô hình lân cận gần nhất 16
1.4.4 Mô hình khoảng nhảy biến thiên 16
1.5 Một số hiệu ứng vật lý trong vật liệu perovskite biến tính 18
1.5.1 Hiệu ứng nhiệt điện 18
1.5.2 Hiệu ứng từ trở 20
1.5.3 Hiệu ứng từ nhiệt 21
1.6 Vật liệu orthoferrite (Perovskite LaFeO3) 25
1.6.1 Một số đặc tính của hệ orthoferrite 25
Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 31
2.1 Chế tạo mẫu 31
2.2 Khảo sát cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi và tính chất 34
2.2.1 Phân tích cấu trúc tinh thể 34
2.2.2 Khảo sát cấu trúc tế vi 34
2.2.3 Khảo sát tính chất từ 35
2.2.4 Khảo sát tính chất điện 35
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
3.1 Cấu trúc tinh thể của hệ La1-xYxFeO3 và hệ La1-yNdyFeO3 36
3.2 Cấu trúc tế vi 38
3.3 Tính chất từ 39
3.4 Tính chất điện 45
KẾT LUẬN 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56
PHỤ LỤC 59
http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2013-12-27-luan_van_tinh_chat_dien_tu_cua_he_vat_lieu_pervos.YrDT4hoFSp.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-51706/Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
c trưng phụ thuộc vào chiều dài định xứ của điện tử 1/α và mật độ trạng thái của điện tử. Đây chính là mô hình khoảng nhảy biến thiên do Mott đưa ra. Tuy nhiên, nếu xét trên một giải nhiệt độ rộng thì (1-14) không còn đúng nữa mà nó chỉ có thể đúng trên một giải nhiệt độ nhất định nên một số tác giả đã đưa ra mô hình khoảng nhảy biến thiên tổng quát hơn:
(1-15)
Theo Mott (p=1/4) không có tương tác điện tử trong vật liệu bị méo mạng và khi có kích thích nhiệt các điện tử nhảy tới vị trí gần nhất có năng lượng lớn để hấp thụ phonon . Còn theo Shklovskii-Efros(SE, p=1/2) và p phụ thuộc vào tương tác Culông giữa các điện tử định xứ. Theo một số tác giả khác, p có thể có những giá trị ¼; ½; ¾; 1 [19].
1.5 Một số hiệu ứng vật lý trong vật liệu perovskite biến tính
1.5.1 Hiệu ứng nhiệt điện
Hiệu ứng nhiệt điện là hiệu ứng xảy ra trong kim loại và bán dẫn khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai điểm của vật liệu sẽ xuất hiện một hiệu điện thế giữa hai điểm này. Hay nói một cách khác là xuất hiện một điện trường giữa hai điểm này.
Đầu nóng
Đầu lạnh
Đầu lạnh
Đầu nóng
+
+
+
+
-
-
-
-
Ta xét một thanh nhôm được đốt nóng ở một đầu và đầu còn lại được làm lạnh như hình vẽ 1.8.
Hình 1.8 Hiệu ứng Seebeck của thanh nhôm [8]
Các điện tử ở vùng nóng do được đốt nóng nên có năng lượng cao hơn các điện tử ở vùng lạnh. Cho nên các điện tử ở vùng nóng có vận tốc lớn hơn các điện tử ở vùng lạnh. Vì thế mà có một quá trình khuếch tán điện tử từ vùng nóng tới vùng lạnh. Lúc này vùng nóng có các hạt tải chủ yếu là ion dương. Còn vùng lạnh là các điện tử. Và hình thành một điện trường giữa hai vùng nóng và vùng lạnh của vật liệu. Hay là xuất hiện một thế nhiệt động giữa hai đầu của vật liệu:
(1-16)
là thế nhiệt động riêng hay còn gọi là hệ số Seebeck. phụ thuộc vào bản chất của vật liệu và nhiệt độ chênh lệch giữa 2 đầu vật liệu . Ứng với mỗi vật liệu sẽ có giá trị khác nhau. Hệ số Seebeck có thể âm hay dương. Với vật liệu bán dẫn, nếu điện tử từ vùng nóng đến cuối vùng lạnh và sau đó vùng lạnh mang dấu âm thì âm, ứng với bán dẫn loại n. Dựa vào dấu của ta có thể biết bán dẫn là loại n hay loại p. Với bán dẫn loại n có 0.
Trong chất bán dẫn , suất điện động nhiệt điện xuất hiện là do ba yếu tố:
Sự khuếch tán các hạt tải điện gây ra bởi (T là nhiệt độ) dẫn đến làm xuất hiện (n là nồng độ).
Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của thế tiếp xúc.
Sự phát sinh do sự cuốn các hạt điện tử và lỗ trống bởi các phonon nhiệt.
Chất lượng vật liệu nhiệt điện được đánh giá thông qua hệ số phẩm chất
(1-17)
K, , là độ dẫn nhiệt, độ dẫn điện và hệ số Seebeck đặc trưng cho từng loại vật liệu. Muốn có vật liệu nhiệt điện tốt thì vật liệu đó phải có K nhỏ, lớn, lớn [ 14].
1.5.2 Hiệu ứng từ trở
Từ điện trở (magnetoresistance - MR) được định nghĩa là sự thay đổi của điện trở (hay điện trở suất) của vật liệu khi có và khi không có từ trường ngoài đặt vào và được xác định qua:
(1-18)
Hoặc: (1-19)
Hình 1.9. Sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở suất của mẫu La1-xSrxMnO3(x=0.15)
Điện trở suất (10-1 Ω.cm)
RH, R0, lần lượt là điện trở và điện trở suất của vật liệu khi có từ trường ngoài tác dụng và khi không có từ trường ngoài H tác dụng vào ở nhiệt độ T. Giá trị của MR có thể âm hay dương. Hầu hết các kim loại có MR nhỏ chỉ vài phần trăm. Và trong các kim loại sạch không từ tính và các hợp kim thể hiện hiệu ứng từ trở dương và phụ thuộc bậc 2 vào từ trường H. Còn với các vật liệu từ thì MR có thể âm. Bởi vì khi đặt trong từ trường thì sự sắp xếp bất trật tự của spin khi đó sẽ bị phá vỡ và các spin trở nên đồng nhất [12].
Trong trường hợp điện trở biến đổi rất lớn (có thể tới hàng triệu lần) hay MR là rất lớn, có thể vượt quá 100% thì hiện tượng từ trở trong trường hợp này được gọi là từ trở lớn (Clossal magneresistance - CMR). CMR xuất hiện ở gần nhiệt độ Curie TC trong hợp chất perovskite và có giá trị âm. Năm 1994 Huge đã quan sát được CMR có giá trị MR gần 127000% ở gần nhiệt độ 77K, tương ứng với điện trở thay đổi 1000 lần và 1300% ở gần nhiệt độ phòng với hợp chất La0.67Ca0.33MnO3. Năm 1995 Xiong cũng quan sát được CMR với MR cao tới 106% với hợp chất Nd0.7Sr0.3MnO. Hợp chất La0.85Sr0.15MnO3 có MR = 95% ở Tc = 240K trong từ trường H = 15T ở hình 1.9 [4,5,12,13].
Theo các nhà khoa học thì hiện tượng từ trở có thể giải thích như sau: có sự tồn tại của các polaron kích cỡ rất nhỏ mà trong đó các điện tử nhảy qua các ion Mn theo cơ chế tương tác trao đổi kép. Nếu các hạt tải có thể khuếch tán giữa các polaron hay các polaron chồng phủ lên nhau tạo nên mạng polaron thì sẽ đưa tới tính dẫn kim loại. Khi có sự chuyển tính dẫn từ kiểu kim loại sang cách điện hay bán dẫn thì có thể hiểu là sự phá vỡ các polaron lớn thành các polaron nhỏ. Trong từ trường bằng không, các hạt tải bị định xứ và độ dẫn phụ thuộc vào độ linh động của các polaron. Khi có mặt từ trường các ion Mn lân cận bị phân cực giúp cho sự trao đổi điện tử gián tiếp thuận tiện hơn dẫn đến các hạt tải sẽ trở nên linh động hơn và do vậy giảm mạnh điện trở suất của các vật liệu.
1.5.3 Hiệu ứng từ nhiệt
Hiện nay kỹ thuật làm lạnh cơ nhiệt nhờ sự giãn nở và hóa lỏng khí có thể được nâng cao, khi sử dụng phương pháp làm lạnh bằng từ trường. Phương pháp này làm giảm kích thước máy lạnh, đặc biệt là tăng hiệu suất làm lạnh và giữ cho môi trường trong sạch hơn.
Dưới tác dụng của từ trường ngoài đặt vào hiệu ứng từ nhiệt nội tại xuất hiện dẫn tới sự thay đổi một phần entropy từ của vật liệu. Trong điều kiện đoạn nhiệt thì sự thay đổi entropy từ được bổ chính bởi sự giảm entropy của mạng tinh thể và tạo ra sự thay đổi nhiệt độ của vật liệu. Hiệu ứng từ nhiệt (magnetocaloric effect) đã được sử dụng trong nhiều năm gần đây để tạo ra môi trường có nhiệt độ thấp (tới cỡ mK) nhờ phương pháp khử từ đoạn nhiệt muối thuận từ. Tuy nhiên, ở nhiệt độ khoảng 20K, đặc trưng từ nhiệt của chúng không đủ lớn để tạo ra hiệu suất làm lạnh thích hợp. Vì vậy, sự tìm kiếm vật liệu thích hợp để sử dụng cho máy làm lạnh ở khoảng nhiệt độ này là rất cần thiết. Trong vài năm trở lại đây, sự thay đổi entropy từ lớn đã được tìm thấy trong các gốm manganite, xuất hiện đồng thời với sự chuyển pha FM và Phần mềm ở nhiệt độ Curie. Điều này cũng giống như giá trị cực đại của điện trở suất trong hiệu ứng CMR, xuất hiện đồng thời với sự chuyển pha kim loại, điện môi. Nhờ sự dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ chuyển pha mà loại vật liệu này đáp ứng rất tốt cho chế độ làm việc của vật liệu trong máy lạnh, ở một dải nhiệt độ rộng.
Để hiểu rõ hơn về hiệu ứng từ nhiệt ta xét sự biến đổi entropy từ . Đặt vật liệu perovskite trong từ trường H thì vật liệu sẽ bị từ hóa (sự sắp xếp lại các spin), làm xuất hiện từ độ[18...
