(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu chế tạo và khảo sát ảnh hưởng của sự đồng pha tạp các ion la và mn đến tính chất vật lý của vật liệu bifeo3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ THU YÊN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ ĐỒNG PHA TẠP CÁC ION La VÀ Mn ĐẾN TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU BiFeO3 Chuyên ngành: VẬT LÍ CHẤT RẮN Mã số: 8440104 Người hướng dẫn: TS Đinh Thanh Khẩn download by : skknchat@gmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu đề tài trung thực, kết nghiên cứu thực Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng hướng dẫn TS Đinh Thanh Khẩn, tài liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Học viên Nguyễn Thị Thu Yên download by : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập hồn thành luận văn, tơi nhận ủng hộ, giúp đỡ quý báu từ thầy cô giáo, đồng nghiệp, bạn bè người thân Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc đến TS Đinh Thanh Khẩn, Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng, người tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, đóng góp ý kiến q báu để tơi hồn thành luận văn Tôi xin cảm ơn quan tâm, giúp đỡ, ân cần bảo nhiệt tình giảng dạy thầy cô Bộ môn Vật lý chất rắn, Khoa Khoa học tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn Những kiến thức mà thầy cô hết lòng truyền đạt tảng tri thức vững cho chúng tơi q trình học tập sau trường Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Khoa học tự nhiên phòng Sau đại học Trường Đại học Quy Nhơn, tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành khóa học trường Cuối cùng, xin gửi tất tình cảm lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè, người ln động viên, khích lệ tạo điều kiện tốt giúp hoàn thành luận văn Học viên Nguyễn Thị Thu Yên download by : skknchat@gmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ABO3 1.1.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu ABO3 1.1.2 Sự tách mức lượng obital d trường tinh thể bát diện BO6 1.1.3 Biến dạng vật liệu ABO3 1.2 MULTIFERROICS (VẬT LIỆU ĐA PHA ĐIỆN TỪ) 10 1.2.1 Các loại multiferroics 11 1.2.2 Các chế sắt điện trật tự từ vật liệu multiferroics 12 1.3 VẬT LIỆU BiFeO3 15 1.3.1 Tính sắt điện BiFeO3 15 1.3.2 Tính chất từ BiFeO3 17 1.3.3 Chuyển pha cấu trúc vật liệu BFO 19 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VÀ PHÂN TÍCH VẬT LIỆU 21 2.1 PHƯƠNG PHÁP PHẢN ỨNG PHA RẮN 21 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẪU 22 2.2.1 Nhiễu xạ tia X 22 2.2.2 Nhiễu xạ nơtron phổ kế nơtron DN-12 27 2.2.3 Phương pháp Rietveld 31 download by : skknchat@gmail.com 2.2.4 Chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) 34 2.2.5 Phổ tán sắc lượng tia X (EDS) 36 2.2.6 Tán xạ Raman 38 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 HÌNH THÁI VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA VẬT Bi0.84La0.16Fe1xMnxO3+ 42 3.2 CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3+ 45 3.3 PHỔ TÁN XẠ RAMAN (RS) CỦA VẬT LIỆU Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3+ 56 3.4 TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3+ 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt BFO DRAM FeRAM Tiếng Việt Tiếng Anh BiFeO3 BiFeO3 Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Dynamic random-access động hay RAM động memory Ram sắt điện Ferroelectric Memory Access Random Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Resistive random-access điện trở memory J-T Hiệu ứng Jahn – Teller Jahn–Teller effect TOF Phổ kế thời gian bay Time-of-flight spectrometer SEM Kính hiển vi điện tử quét RRAM EDS (EDX) Phổ tán sắc lượng tia X Scanning Electron Microscope Energy-dispersive X-ray spectroscopy RS Phổ tán xạ Raman Raman spectroscopy AFM Kính hiển vi lực nguyên tử Atomic force microscope download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Thông số kênh nhiễu xạ DN-12 [38] 30 Bảng Thành phần nguyên tử vật liệu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3+ tỉ lệ nguyên tố vật liệu 44 Bảng Các thông số mạng, chiều dài góc liên kết đặc trưng bát diện Fe/MnO6, moment từ spin Fe/Mn spin rút từ giản đồ nhiễu xạ nơtron nhiệt độ phòng vật liệu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3 sử dụng nhóm đối xứng tinh thể Imma Vị trí nguyên tử R (Bi/La) 4e (0,1/4, z), M (Fe/Mn) 4b (0,0,1/2), O1 4e (0.5,1/4, z) O2 8d (0.25, y ,0.75) 49 download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 Cấu trúc perovskite ABO3 lý tưởng [17]: (a) ô mạng sở (b) xếp trật tự, tuần hồn hình bát diện BO6 Hình Sơ đồ chuyển pha cấu trúc gây xoay hình bát diện BO6 vật liệu ABO3 [20] Hình Các obital d trường tinh thể bác diện BO6 Các cầu trục biểu diển anion O [21,22] Hình Sự tách mức lượng obital d trường tinh thể bát diện BO6 [22] Hình Một số dạng biến dạng vật liệu ABO3 [23] Hình Biến dạng J-T kéo dài bát diện BO6 [24] Hình Sơ đồ mức lượng orbital d bát diện BO6 ứng với biến dạng J-T nén xảy [24] 10 Hình Sự đồng tồn hai trạng thái sắt điện trạng thái trật tự từ vật liệu đa pha điện từ [26] 11 Hình Cơ chế cặp electron lẻ [25] 13 Hình 10 Cơ chế sắt điện hình thái RMnO3 [25] 13 Hình 11 Cơ chế trật tự điện tích [25] 14 Hình 12 Các dạng cấu trúc spin xoắn ốc [26] 14 Hình 13 Ơ sở dạng (a) lục giác, (b) hình thoi (c) giả lập phương Hướng tinh thể [111] ô sở giả lập phương hình thoi trùng với hướng tinh thể [001] ô sở lập phương Các mũi tên màu vàng xanh dương thể dịch cation Bi Fe dọc theo hướng [111] đường cong có mũi tên màu xanh lục thể quay bát diện FeO6 quanh hướng tinh thể [111] (d) Các vector sở ô sở lục giác (màu đen), giả lập download by : skknchat@gmail.com phương (màu xanh dương) hình thoi (màu đỏ Các mũi tên mà cam với chữ P thể hướng phân cực điện vật liệu BFO [30] 16 Hình 14 Sự phân bố moment từ ion Fe3+ ô sở lục giác vật liệu BFO với cấu trúc từ xoắn ốc dọc theo hướng [110] BFO [29] 17 Hình 15 Liên kết Fe-O-Fe BFO [30] 19 Hình Lị nung nhiệt độ 1800C phịng thí nghiệm Khoa học vật liệu Khoa Vật lí, Trường ĐH Sư Phạm-ĐH Đà Nẵng 21 Hình 2 Sơ đồ quy trình cơng nghệ phương pháp phản ứng pha rắn 22 Hình Sự nhiễu xạ tia X mặt tinh thể 23 Hình Sơ đồ phương pháp nhiễu xạ bột với ghi hình nhiễu xạ phim 24 Hình 5(a) Cấu hình (b) kết nhiễu xạ bột với ghi hình nhiễu xạ đầu thu xạ (ống đếm photon) 25 Hình Máy nhiễu xạ tia X phịng thí nghiệm Khoa học vật liệu Khoa Vật lí, Trường ĐH Sư Phạm-ĐH Đà Nẵng 26 Hình Mở rộng đỉnh phổ nhiễu xạ tia X kích thước hạt 27 Hình Sơ đồ tán xạ sóng phẳng nguyên tử k0và k1 vector sóng tới vector sóng tán xạ 28 Hình Sơ đồ phổ kế DN-12 lò phản ứng nơtron xung IBR-2M, thuộc phịng thí nghiệm nơtron, Liên bang Nga [38]: (1) Lõi, (2) điều hướng, (3) cắt quang học, (4) chắn nơtron nhanh, (5) điều hướng, (6) chắn, (7) hệ thống detector (8) vị trí mẫu 28 Hình 10 Hệ thống nhiễu xạ theo phương pháp thời gian bay 29 Hình 11 Hệ thống detector phổ kế DN-12 30 Hình 12 Sơ đồ nguyên lí làm việc SEM 34 download by : skknchat@gmail.com Hình 13 Thiết bị SEM phịng thí nghiệm Khoa học vật liệu Khoa Vật lí, Trường ĐH Sư Phạm-ĐH Đà Nẵng 35 Hình 14 Ngun lí làm việc EDS 36 Hình 15 Sơ đồ khối hệ thống EDS 38 Hình 16 Sơ đồ minh họa trình tán xạ Rayleigh tán xạ Raman 40 Hình 17 Thiết bị đo phổ tán xạ Raman phịng thí nghiệm Khoa học vật liệu Khoa Vật lí, Trường ĐH Sư Phạm-ĐH Đà Nẵng 41 Hình Ảnh SEM vật liệu liệu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3+ 42 Hình Phổ EDS vật liệu liệu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3+ 43 Hình 3 Giản đồ nhiễu xạ tia X nhiệt độ phòng hệ mẫu Bi0.84La0.16Fe1xMnxO3+ (x = 0.1; 0.2; 0.3; 0.4 0.5) Các điểm màu đỏ kết thực nghiệm đường màu xanh từ tính tốn sử dụng phương pháp Rietveld Các vạch thẳng đứng bên thể vị trí tính tốn đỉnh nhiễu xạ pha cấu trúc Imma 45 Hình Giản đồ nhiễu xạ nơtron nhiệt độ phòng hệ mẫu Bi0.84La0.16Fe1xMnxO3+ (x = 0.1; 0.2; 0.3; 0.4 0.5) Các điểm màu đỏ kết thực nghiệm đường màu xanh từ tính tốn sử dụng phương pháp Rietveld Các vạch thẳng đứng bên thể vị trí tính tốn đỉnh nhiễu xạ pha cấu trúc Imma Các đỉnh pha phản sắt từ loại G đánh dấu kí hiệu “AFM” 46 Hình Cấu trúc tinh thể từ pha trục thoi Imma mẫu vật liệu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3+ 48 Hình Sự phụ thuộc số mạng vào hàm lượng x Mn 50 Hình Sự phụ thuộc thể tích sở vào hàm lượng x Mn 51 Hình Sự phụ thuộc góc nghiêng bát diện Fe/MnO6 xung quanh download by : skknchat@gmail.com 54 Sự tăng tính đối xứng cấu trúc tinh thể vật liệu Bi0.84La0.16Fe1xMnxO3 nghiên cứu thông qua thay đổi thể tích bát diện Fe/MnO6 thể trích khoảng khơng gian bát diện kề nhau, chiếm chỗ ion Bi Hình 3.9 biểu diễn thay đổi thay đổi thể tích tỉ đối VM VR theo hàm lượng pha tạp x Mn Trong hình này, thể tích tỉ đối VM giá trị x tỉ số thể tích bát diện Fe/MnO6 Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3 với hàm lượng pha tạp Mn x thể thể tích Bi0.84La0.16Fe0.9Mn0.1O3 (Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3 với hàm lượng pha tạp Mn x = 0.1) Tương tự, thể tích tỉ đối VR giá trị x tỉ số thể tích thể trích khoảng không gian bát diện kề Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3 với hàm lượng pha tạp Mn x thể thể tích Bi0.84La0.16Fe0.9Mn0.1O3 (Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3 với hàm lượng pha tạp Mn x = 0.1) Có thể thấy tronh hình 3.9, thể tích bát diện VM giảm nhanh theo x thể tích trống bát diện mà ion Bi chiếm chỗ VR gần khơng thay đổi Do bán kính ion Mn4+ nhỏ bán kính ion Fe3+, Mn4+ vào thay Fe3+ bát diện FeO3, thể tích bát diện giảm Nếu bát diện co lại thể tích VR khơng gian chúng phải tăng lên Tuy nhiên, kết thu cho thấy VR gần không đổi Như vậy, chứng tỏ độ nghiêng bát diện giảm xuống tăng hàm lượng pha tạp Mn Kết phù hợp với kết độ nghiêng bác diện trình bày Hình 3.10 mơ tả phụ thuộc chiều dài liên kết M-O1 (dọc theo trục b hình 3.5) M-O2 (trong mặt ac hình 3.5) vào hàm lượng pha tạp x Mn Từ hình này, thấy với hàm lượng pha tạp x thấp, chiều dài liên kết M-O1 lớn chiều dài liên kết M-O2 Khi x tăng, chiều dài liên kết giảm xuống Điều đáng lưu ý chiều dài liên kết M-O1 giảm nhanh so với chiều dài liên kết M-O2 tăng hàm lượng pha tạp Mn Điều giải thích dựa hiệu ứng J-T tăng nồng độ download by : skknchat@gmail.com 55 Mn4+ theo hàm lượng pha tạp Mn Nhiều nghiên cứu chứng minh pha tạp Mn vào vật liệu BFO, Mn3+ thay ion Fe3+ bát diện FeO6, biến dạng J-T kéo căng xuất dọc theo trục b [42] Trong mẫu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3 với hàm lượng pha tạp Mn thấp (x nhỏ), chiều dài liên kết M-O1 lớn Điều có lẽ hàm lượng pha tạp Mn cịn thấp, thay vị trí Fe3+ bát diện FeO6 chủ yếu Mn3+ Do đó, hiệu ứng J-T làm cho chiều dài liên kết M-O1 lớn Nhưng hàm lượng pha tạp Mn tăng (x lớn), nồng độ Mn3+ cịn nồng độ Mn4+ (khơng kèm hiệu ứng J-T) tăng lên Do đó, hiệu ứng J-T giảm chiều dài liên kết M-O1 giảm xuống nhanh Hình 10 Sự phụ thuộc chiều dài liên kết M-O vào hàm lượng pha tạp x Mn Hình 3.11 mơ tả phụ thuộc góc liên kết M-O-M vào hàm lượng pha tạp x Mn Như nhìn thấy, góc liên kết M-O2-M mặt ac tăng x tăng Điều ô sở bị nén đẳng hướng dọc theo download by : skknchat@gmail.com 56 trục a c (các số mạng a c thay đổi theo x hình 3.6) Sự nén đẳng hướng ô sở mặt ac khơng làm thay đổi đáng kể góc liên kết M-O2-M mặt làm tăng góc ion M với ion O1 Do đó, góc liên kết M-O1-M dọc theo trục b tăng nhanh theo hàm lượng pha tạp x Mn mơ tả hình 3.11 Hình 11 Sự phụ thuộc góc liên kết M-O-M vào hàm lượng pha tạp x Mn 3.3 PHỔ TÁN XẠ RAMAN (RS) CỦA VẬT LIỆU Bi0.84La0.16Fe1xMnxO3+ Theo lí thuyết nhóm, phổ RS phụ thuộc vào nhóm đối xứng cấu trúc tinh thể vật liệu Phổ RS tính tốn lí thuyết nhóm vật liệu BFO thuộc nhóm Imma gồm 12 đỉnh (3Ag + 2B1g + 3B2g + B3g) [44] Phổ RS vật liệu liên quan đến BFO chia thành nhóm [45]: - Nhóm 1: gồm đỉnh dao động với tần số nhỏ 200 cm-1 liên quan đến dao động ion R (Bi/La) download by : skknchat@gmail.com 57 - Nhóm 2: gồm đỉnh từ 200 đến 350 cm-1 liên quan đến nghiêng bát diện MO6 (Fe/MnO6) - Nhóm 3: gồm đỉnh từ 350 đến 500 cm-1 liên quan đến uốn cong bát diện MO6 (Fe/MnO6) - Nhóm 4: gồm đỉnh từ 500 cm1 trở lên liên quan đến biến dạng kéo dài bát diện MO6 (Fe/MnO6) Hình 12 Phổ RS mẫu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3 với x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 0.5 download by : skknchat@gmail.com 58 Hình 13 Phân tích phổ RS mẫu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3 với x = 0.1 Hình 3.12 mơ tả phổ RS mẫu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3 Phổ RS mẫu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3 nghiên cứu có dạng tương tự với phổ RS Bi0.9Sm0.1Fe0.7Mn0.3O3 với cấu trúc tinh thể thuộc nhóm đối xứng Imma [44] Hình 3.13 mơ tả phân tích chi tiết phổ RS mẫu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3 với x = 0.1 Phổ RS mẫu với x= 0.1 phân tích thành đỉnh Đỉnh 165 cm-1 liên quan đến dao động ion Bi/La [46] Đỉnh 270 cm-1 liên quan đến nghiêng bát diện Fe/MnO3 [46] Các đỉnh ~ 390 480 cm-1 liên quan đến uốn cong bát diện Fe/MnO3 [45] Các đỉnh 538 625 cm-1 liên quan đến dao động kéo căng bất đối xứng đối xứng bác diện Fe/MnO3 [45] Như thấy hình 3.12, hàm lượng pha tạp Mn tăng, đỉnh nhỏ 200 cm-1 liên quan đến dao động vị trí Bi/La có xu hướng dịch download by : skknchat@gmail.com 59 phía tần số thấp, cường độ giảm dần gần biến x = 0.5 Điều phù hợp với xu hướng dịch chuyển vị trí đối xứng ion Bi/La thu từ kết phân tích cấu trúc Hơn nữa, đỉnh dao động nghiêng hình bát diện thể xu hướng tương tự theo nồng độ Mn Điều phù hợp giảm biến dạng nghiêng hình bát diện thu từ kết nhiễu xạ nơtron (hình 3.8) Điều cần lưu ý xuất đỉnh dao động liên quan đến biến dạng JT (~625 cm-1), mà không phép cấu trúc Imma [47] Sự xuất đỉnh liên quan đến tồn JT biến dạng cục tồn xung quanh ion Mn3+ tương tự phát pha Imma áp suất cao vật liệu LaMnO3 hay La0.75Ca0.25MnO3 [47; 48] Sự giảm cường độ đỉnh theo x hoàn toàn phù hợp với xu hướng thay Mn3+ ion Mn4+ khơng gây hiệu ứng J-T 3.4 TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3+ Bên cạnh đỉnh cấu trúc tinh thể, phổ nhiễu xạ nơtron mẫu với x < 0.5 phát đóng góp pha trật tự từ vào cường độ đỉnh nhiễu xạ vị trí dhkl = 2.38 4.41 Å Kết phân tích số liệu pha trật tự từ có cấu trúc phản sắt từ loại G trình bày hình 3.5 Trong cấu trúc từ này, spin từ định hướng phản sắt từ với spin lân cận Mơ hình cấu trúc Imma pha phản sắt từ loại G cho kết khớp hàm hoàn toàn phù hợp với số liệu thực nghiệm hình 3.3 3.4 Có thể dễ dàng nhận thấy hình 3.4, cường độ đỉnh từ giảm nhanh theo nồng độ Mn hoàn toàn biến x = 0.5 Điều chứng tỏ giá trị momen từ Fe/Mn (hình 3.13) nhiệt độ chuyển pha từ tương tác phản sắt từ suy giảm theo nồng độ Mn download by : skknchat@gmail.com 60 Hình 14 Sự phụ thuộc moment từ trung bình vào hàm lượng Mn x Các công bố trước chứng tỏ hợp chất BFTO ion Fe có hóa trị 3+, ion Mn có hóa trị 3+ 4+ Như rõ bên trên, dải pha tạp Mn luận văn này, tỉ phần ion Mn4+ tăng dần theo nồng độ pha tạp Mn Tính chất từ hệ vật liệu qui định cạnh tranh tương tác từ: tương tác phản sắt từ Fe3+-Fe3+ Mn4+-Mn4+, tương tác sắt từ Fe3+-Mn4+, Mn3+-Mn3+, Mn3+-Mn4+ tương tác sắt từ/phản sắt từ Fe3+-Mn3+ [49; 50] Mặt khác, cường độ tương tác từ phụ thuộc vào tích phân truyền tải điện tử ion từ phụ thuộc vào tham số cấu trúc J ~ cos8(β).(dFe/Mn-14 (với  góc liên kết O) M-O-M) [51] Dựa vào theo số liệu thực nghiệm (hình 3.10 3.11), tăng góc liên kết giảm độ dài liên kết dẫn đến tăng cường tương tác từ Chính thế, suy giảm phản sắt từ loại G chủ yếu gây tăng cường số lượng cặp tương tác sắt từ liên quan đến ion Mn4+ download by : skknchat@gmail.com 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong luận văn này, nghiên cứu cách chi tiết tính chất cấu trúc từ hệ vật liệu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3+ với x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 0.5 cách sử dụng kết hợp phương pháp nhiễu xạ tia X, nhiễu nơtron, chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét phổ tán xạ Raman Từ kết thu được, đến kết luận sau: - Các vật liệu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3+ chế tạo có cấu trúc tinh thể trực thoi đơn pha thuộc nhóm đối xứng Imma Thể tích sở cấu trúc tinh thể Imma giảm tăng hàm lượng pha tạp Mn Điều chứng tỏ xuất ion Mn4+ vật liệu Bi0.84La0.16Fe1-xMnxO3+ Tỉ phần ion Mn4+ tăng theo hàm lượng pha tạp Mn Do bán kính ion Mn4+ nhỏ, tỉ phần Mn4+ tăng làm tăng tính đối xứng cấu trúc tinh thể vật liệu Điều thể thơng qua thay đổi góc nghiêng bát diện Fe/MnO3, khoảng cách góc liên kết Fe/Mn-O Sự tăng tỉ phần Mn4+ tăng hàm lượng pha tạp Mn xác thực thông qua kết đo phổ tán xạ Raman mẫu vật liệu - Các kết đo nhiễu xạ nơtron vật liệu Bi0.84La0.16Fe1xMnxO3+ chế tạo có cấu trúc phản sắt từ loại G với spin lân cận có định hướng ngược chiều Giá trị momen từ Fe/Mn nhiệt độ chuyển pha từ tương tác phản sắt từ suy giảm theo hàm lượng pha tạp Mn Tính chất từ hệ vật liệu qui định cạnh tranh giua tương tác từ, bao gồm tương tác phản sắt từ Fe3+-Fe3+ Mn4+-Mn4+, tương tác sắt từ Fe3+-Mn4+, Mn3+-Mn3+, Mn3+-Mn4+ tương tác sắt từ/phản sắt từ Fe3+Mn3+ download by : skknchat@gmail.com 62 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đào Việt Thắng (2017), “Chế tạo vật liệu BiFeO3, pha tạp và nghiên cứu số tính chất”, Luận án tiến sĩ Vật lí [2] Y H Chu, L W Martin, M B Holcomb, M Gajek, S J Han, Q He, N Balke, C H Yang, D Lee, W Hu, Q Zhan, P L Yang, A FraileRodríguez, A Scholl, S X Wang, and R Ramesh (2008), “Electricfield control of local ferromagnetism using a magnetoelectric multiferroic”, Nat Mater (7), pp 478 [3] V Laukhin, V Skumryev, X Martí, D Hrabovsky, F Sánchez, M V García-Cuenca, C Ferrater, M Varela, U Lüders, J F Bobo, and J Fontcuberta (2006), “Electric-Field Control of Exchange Bias in Multiferroic Epitaxial Heterostructures”, Phys Rev Lett (97), 227201 [4] T Kimura, T Goto, H Shintani, K Ishizaka, T Arima, and Y Tokura (2003), “Magnetic control of ferroelectric polarization”, Nature (426), 55 [5] M Kenzelmann, G Lawes, A B Harris, G Gasparovic, C Broholm, A P Ramirez, G A Jorge, M Jaime, S Park, Q Huang, A Y Shapiro, and L A Demianets (2007), “Direct Transition from a Disordered to a Multiferroic Phase on a Triangular Lattice”, Phys Rev Lett (98), 267205 [6] T Zhao, A Scholl, F Zavaliche, K Lee, M Barry, A Doran, M P Cruz, Y H Chu, C Ederer, N A Spaldin, R R Das, D M Kim, S H Baek, C B Eom, and R Ramesh (2006), “Electrical control of antiferromagnetic domains in multiferroic BiFeO3 films at room temperature”, Nat Mater (5), 823 download by : skknchat@gmail.com 63 [7] S Lee, W Ratcliff, S W Cheong, and V Kiryukhin (2008), “Electric field control of the magnetic state in BiFeO3 single crystals” Appl Phys Lett 92, 192906 [8] D Lebeugle, D Colson, A Forget, M Viret, A M Bataille, and A Gukasov (2008), “Electric-Field-Induced Spin Flop in BiFeO3 Single Crystals at Room Temperature”, Phys Rev Lett 100, 227602 [9] J Bielecki, P Svedlindh, D T Tibebu, S Cai, S G Eriksson, L Börjesson, and C S Knee (2012), “Modulation of the electric and magnetic properties by Ti non-stoichiometry in 0.70BiFeO3-0.30BaTixO3 ceramics”, Phys Rev B - Condens Matter Mater Phys 86, 16 [10] B Ruette, S Zvyagin, A P Pyatakov, A Bush, J F Li, V I Belotelov, A K Zvezdin, and D Viehland (2004), “Magnetic-field-induced phase transition in BiFeO3 observed by high-field electron spin resonance: Cycloidal to homogeneous spin order”, Phys Rev B 69, 064114 [11] J Wang, J B Neaton, H Zheng, V Nagarajan, S B Ogale, B Liu, D Viehland, V Vaithyanathan, D G Schlom, U V Waghmare, N A Spaldin, K M Rabe, M Wuttig, and R Ramesh (2003), “Epitaxial BiFeO3 Multiferroic Thin Film Heterostructures”, Science (80) 299, 1719 [12] F Lin, Q Yu, L Deng, Z Zhang, X He, A Liu, and W Shi (2017), “Advances and challenges of nanostructured electrodes for Li–Se batteries”, J Mater Sci 52, 7118 [13] Y H Lin, Q Jiang, Y Wang, C W Nan, L Chen, and J Yu, Appl (2007), “Multiferroic properties of stretchable BiFeO3 nano-composite film” Phys Lett 90, 172507 [14] S T Zhang, Y Zhang, M H Lu, C L Du, Y F Chen, Z G Liu, Y Y Zhu, N Ben Ming, and X Q Pan, Appl (2006), “Larger polarization download by : skknchat@gmail.com 64 and weak ferromagnetism in quenched BiFeO3 ceramics with a distorted rhombohedral crystal structure” Phys Lett 88, 200 [15] F Huang, X Xu, X Lu, M Zhou, H Sang, and J Zhu (2018), “The exchange bias behavior of BiFeO3 nanoparticles with natural coreshell structure” Sci Rep 8, [16] S Dong, Y Yao, Y Hou, Y Liu, Y Tang, and X Li (2011), “Dynamic properties of spin cluster glass and the exchange bias effect in BiFeO3 nanocrystals”, Nanotechnology 22 [17] Yanbin Huang, Jun Liu, Yanchun Deng, Yuanyuan Qian, Xiaohao Jia, Mengmeng Ma, Cheng Yang, Kong Liu, Zhijie Wang, Shengchun Qu (2020), The application of perovskite materials in solar water splitting, Journal of Semiconductors, 41, 011701 [18] Goldschmidt VM (1926), “Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente,” Naturwissenschaften 14, 477–85 [19] Glazer AM (1975), “Simple ways of determining perovskite structures”, Acta Crystallogr Sect A 31, 756–62 [20] Howard CJ, Stokes HT, Acta Crystallogr Sect B Struct Sci 58, 565–565, 2002 [21] J W Hill and R H Petrucci, “The five d orbitals”, Instructor’s Media Portfolio (2002) [22] Melinda Kay Toth, Magnetic Properties of Sr2YRu1-xIrxO6 Compounds, Thesis, 2013 [23] Milko N Iliev and Miroslav V Abrashev (2001), “Raman phonons and Raman Jahn–Teller bands in perovskite-like manganites”, J Raman Spectrosc 32, 805–811 download by : skknchat@gmail.com 65 [24] Jahn-Teller Distortions (2020, August 16) Retrieved August 27, 2021, from https://chem.libretexts.org/@go/page/519 [25] Manfred Fiebig, Thomas Lottermoser, Dennis Meier & Morgan Trassin (2016), “The evolution of multiferroics”, Nature Reviews Materials 1, 16046 [26] Daniel Khomskii (2009), “Classifying multiferroics: Mechanisms and effects”, Physics 2, 20 [27] J Wang, J B Neaton, H Zheng, V Nagarajan, S B Ogale, B Liu, D Viehland, V Vaithyanathan, D G Schlom, U V Waghmare, N A Spaldin, K M Rabe, M Wuttig, R Ramesh (2003), “Epitaxial BiFeO3 Multiferroic Thin Film Heterostructures”, Science 299, 1719–1722 [28] Je-Geun Park, Manh Duc Le, Jaehong Jeong and Sanghyun Lee (2014), “Structure and spin dynamics of multiferroic BiFeO3”, J Phys.: Condens Matter 26, 433202 [29] Junghwan Park, Sang-Hyun Lee, Seongsu Lee, Fabia Gozzo, Hiroyuki Kimura, Yukio Noda, Young Jai Choi, Valery Kiryukhin, SangWook Cheong, Younjung Jo, Eun Sang Choi, Luis Balicas, Gun Sang Jeon, and Je-Geun Park (2011), “Magnetoelectric Feedback among Magnetic Order, Polarization, and Lattice in Multiferroic BiFeO3”, Journal of the Physical Society of Japan 80, 114714 [30] Yuan-Hua Lina, Qinghui Jiang, Yao Wang, and Ce-Wen Nan (2007), “Enhancement of ferromagnetic properties in BiFeO3 polycrystalline ceramic by La doping” Appl Phys Lett 90, 172507 [31] T Durga Rao, Kumara Raja Kandula, Abhinav Kumar, and Saket Asthana (2006), “Improved magnetization and reduced leakage current in Sm and Sc co-substituted BiFeO3”, J Appl Phys 100, 074111 [32] R Palai, R S Katiyar, H Schmid, P Tissot, S J Clark, J Robertson, S download by : skknchat@gmail.com 66 A T Redfern, G Catalan, and J F Scott (2008), “β phase and γ−β metal-insulator transition in multiferroic BiFeO3”, Phys Rev B 77, 014110 [33] Donna C Arnold, Kevin S Knight, Finlay D Morrison, and Philip Lightfoot (2009), “Ferroelectric-Paraelectric Transition in BiFeO3: Crystal Structure of the Orthorhombic β Phase”, PRL 102, 027602 [34] P Ravindran, R Vidya, A Kjekshus, H Fjellvåg, and O Eriksson (2006), “Theoretical investigation of magnetoelectric behavior in BiFeO3”, Phys Rev.B 74, 224412 [35] R Haumont, P Bouvier, A Pashkin, K Rabia, S Frank, B Dkhil, W A Crichton, C A Kuntscher, and J Kreisel (2009), “Effect of high pressure on multiferroic BiFeO3” Physical Review B 79, 184110 [36] Jingyi Chen, Yao Wang and Yuan Deng (2014), “Combined effects of Bi deficiency and Mn substitution on the structural transformation and functionality of BiFeO3 films”, Journal of Applied Physics 116, 174102 [37] M Dongol, A El-Denglawey, MS Abd El Sadek, IS Yahia (2015), “Thermal annealing effect on the structural and the optical properties of Nano CdTe films”, Optik 126, 1352-1357 [38] V.LAksenov, A.MBalagurov, V.PGlazkov, D.PKozlenko, I.VNaumov, B.NSavenko, D.VSheptyakov, V.ASomenkov, A.PBulkin, V.AKudryashev, V.A Trounov (1999), Physica B 265, 258-262 [39] Moseley, Henry G J (1914), "The High-Frequency Spectra of the Elements Part II", Philosophical Magazine, 27: 703–713 [40] D P Kozlenko, N T Dang, S E Kichanov, E V Lukin, K Knizek, Z Jirák, L S Dubrovinsky, V I Voronin, and B N Savenko, Eur (2013), “Pressure-induced structural transformations, orbital order download by : skknchat@gmail.com 67 and antiferromagnetism in La0.75Ca0.25MnO3”, Phys J B, 86, [41] S Saxin and C S Knee (2011), “Crystal structure of Bi0.9Sm0.1Fe1−xMnxO3 multiferroics”, Dalt Trans, 40, 3462 [42] LongshengChen, LirongZheng, YonghouHe, JiangZhang, Zhongquan, Mao, XiChen (2015), “The local distortion and electronic behavior in Mn doped BiFeO3”, Journal of Alloys and Compounds, 633, 216219 [43] L H Yin, W H Song, X L Jiao, W B Wu, X B Zhu1, Z R Yang, J M Dai, R L Zhang and Y P Sun (2009), “Multiferroic and magnetoelectric properties of Bi1−xBaxFe1−xMnxO3 system”, J Phys D: Appl Phys, 42, 205402 [44] Johan Bielecki, Peter Svedlindh, Dessie T Tibebu, Shengzhen Cai, StenG Eriksson, Lars Börjesson, and Christopher S Knee (2012), “Structural and magnetic properties of isovalently substituted multiferroic BiFeO3: Insights from Raman spectroscopy”, Phys Rev B 86, 184422 [45] N T Dang, A V Rutkaukas, S E Kichanov, D P Kozlenko, H H Nguyen, N Tran, M Y Lee, B W Lee, T L Phan, L H Khiem, N X Nghia, L T P Thao, T A Tran, N T T Lieu & D T Khan (2021), “Strong Impact of Cr Doping on Structural and Magnetic Properties of Bi0.5La0.5Fe1−xCrxO3−δ”, Journal of Electronic Materials, 50, 1340–1348 [46] L Martín-Carrón, A de Andrés, M J Martínez-Lope, M T Casais, and J A Alonso (2002), “Raman phonons as a probe of disorder, fluctuations, and local structure in doped and undoped orthorhombic and rhombohedral manganites”, Phys Rev B 66, 174303 [47] D Kozlenko, N Dang, S Kichanov, E Lukin, K Knizek, Z Jirák, L download by : skknchat@gmail.com 68 Dubrovinsky, V Voronin, B Savenko (2013), “Pressure-induced structural transformations, orbital order and antiferromagnetism in La 0.75 Ca 0.25 MnO3”, The European Physical Journal B: Condensed Matter and Complex Systems, Springer; EDP Sciences, 86, 1-8 [48] I Loa, P Adler, A Grzechnik, K Syassen, U Schwarz, M Hanfland, G Kh Rozenberg, P Gorodetsky, and M P Pasternak (2001), “Pressure-Induced Quenching of the Jahn-Teller Distortion and Insulator-to-Metal Transition in LaMnO3”, Phys Rev Lett 87, 125501 [49] Sverre M Selbach, Thomas Tybell, Mari-Ann Einarsrud, and Tor Grande (2009), “Structure and Properties of Multiferroic Oxygen Hyperstoichiometric BiFe1−xMnxO3+δ”, Chem Mater 21, 5176– 5186 [50] Eun-Mi Choi, Josée E.Kleibeuker, Thomas Fix, Jie Xiong, Christy J Kinane,Darío Arena,Sean Langridge,Aiping Chen,Zhenxing Bi,Joon Hwan Lee,Haiyan Wang,Quanxi Jia,Mark G Blamire,Judith L MacManus-Driscoll (2016), “Interface-Coupled BiFeO3/BiMnO3 Superlattices with Magnetic Transition Temperature up to 410 K”, Advanced Materials 3, 1500597 [51] D P Kozlenko, N T Dang, N O Golosova, S E Kichanov, E V Lukin, P J Lampen Kelley, E M Clements, K V Glazyrin, S H Jabarov, T L Phan, B N Savenko, H Srikanth, and M H Phan (2018), “Pressure-induced modifications of the magnetic order in the spinchain compound Ca3Co2O6”, Phys Rev B 98, 134435 download by : skknchat@gmail.com ... nghiên cứu: + Vật liệu BiFeO3 + Vật liệu BiFeO3 đồng pha tạp ion La ion Mn - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu chế tạo vật liệu BiFeO3 đồng pha tạp ion La ion Mn, cấu trúc, tính chất vật liệu phạm vi... ion La Mn đến tính chất vật lý vật liệu BiFeO 3” cho khóa luận Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu cấu trúc tinh thể, tính chất vật liệu BiFeO3 - Chế tạo mẫu vật liệu BiFeO3 đồng pha tạp ion La ion. .. việc pha tạp lên cấu trúc tính chất điện từ vật liệu BFO chưa mang tính hệ thống Chính lý download by : skknchat@gmail.com trên, chọn đề tài ? ?Nghiên cứu chế tạo khảo sát ảnh hưởng đồng pha tạp ion