Ảnh hưởng áp suất oxy lên quá trình lắng đọng của màng siêu dẫn nhiệt độ cao YBa2Cu3O7

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ PHẠM THỊ THÙY ẢNH HƢỞNG ÁP SUẤT OXY LÊN QUÁ TRÌNH LẮNG ĐỌNG CỦA MÀNG SIÊU DẪN NHIỆT ĐỘ CAO YBa2Cu3O7- KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Vật lý chất rắn \ HÀ NỘI - 2015 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ PHẠM THỊ THÙY ẢNH HƢỞNG ÁP SUẤT OXY LÊN QUÁ TRÌNH LẮNG ĐỌNG CỦA MÀNG SIÊU DẪN NHIỆT ĐỘ CAO YBa2Cu3O7- Chuyên ngành: Vật lý chất rắn KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS TRẦN HẢI ĐỨC HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực hoàn thiện khóa luận nhận quan tâm giúp đỡ thầy hướng dẫn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới thầy hướng dẫn: TS Trần Hải Đức, người thầy hướng dẫn ân cần, nhiệt tình, tạo điều kiện tốt nhất, truyền đạt nhiều kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian em làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn trường ĐHSP Hà Nội 2, ban chủ nhiệm khoa Vật lý, tổ sư phạm vật lí thầy cô giáo khoa giúp đỡ suốt trình học tập khoa Cuối cùng, cho xin gửi lời cám ơn chân thành tới bố mẹ người thân gia đình Những người bên cạnh động viên vượt qua khó khăn sống học tập Hà Nội, tháng năm 2015 Sinh viên thực Phạm Thị Thùy LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan viết Các số liệu nêu khóa luận tốt nghiệp trung thực Tôi xin cam đoan rằng, giúp đỡ khóa luận cảm ơn thông tin trích dẫn ghi rõ nguồn gốc Hà Nội, tháng năm 2015 Sinh viên thực Phạm Thị Thùy MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÍ THUYẾT 1.1 Sơ lược siêu dẫn ứng dụng 1.2 Các thông số tới hạn vật liệu siêu dẫn 1.2.1 Nhiệt độ tới hạn Tc độ rộng chuyển pha 1.2.2 Từ trường tới hạn (Hc) 1.2.3 Trạng thái hỗn hợp, tâm xoáy từ, mật độ dòng tới hạn Jc 11 1.2.4 Cấu trúc vật liệu siêu dẫn YBa2Cu3O7- δ 14 1.3 Mục đích nghiên cứu vật liệu siêu dẫn 15 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 16 2.1 Chế tạo mẫu 16 2.1.1 Chế tạo mẫu gốm(bia) YBCO 16 2.1.2 Chế tạo màng YBCO 18 2.2 Phân tích tính chất 23 2.2.1 Tính chất cấu trúc 23 2.2.2 Tính chất siêu dẫn 25 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Kết đo nhiễu xạ tia X 28 3.2 Kết hình thái bề mặt 29 3.3 Tính chất siêu dẫn 31 KẾT LUẬN 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH Bảng 1.1 Thống kê số chất siêu dẫn điển hình phát theo thời gian Hình 1.1 Hai nhà khoa học tìm vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao Hình1.2 Cấu tạo băng siêu dẫn Hình 1.3 Đường cong từ hóa chất siêu dẫn loại I 10 Hình 1.4 Đường cong từ hóa chất siêu dẫn loại II 11 Hình 1.5 Tâm xoáy từ vật liệu siêu dẫn loại II 11 Hình 1.6 Cấu trúc tinh thể YBa2Cu3O7- δ 15 Hình 2.1 Sơ đồ hệ lắng đọng xung laze 19 Hình 2.2 Các giai đoạn trình lắng đọng xung laze 20 Hình 2.3 Cấu tạo máy đo nhiễu xạ tia X 24 Hình 2.4 Sơ đầu cấu tạo hệ đo sử dụng kính hiển vị điện tử quét SEM 25 Hình 2.5 Sơ đồ bố trí aVolt kế Ampere kế phép đo bốn mũi dò 26 Hình 2.6 Sơ đồ phân bố dòng điện, điện trở thành phần mạch điện phép đo bốn mũi dò 26 Hình 3.2 Màng YBCO áp suất 150mTorr(a),200m,Torr(b), 250mTorr(c) cỡ 2µm 30 Hình 3.4 Đồ thị R-T màng áp suất 150mTorr(a), 200mTor(b), 250 mTorr(c) bảng nhiệt độ tới hạn Tc áp suất khác 32 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Sự phát siêu dẫn số vật liệu nhiệt độ cao, với khả ứng dụng rộng rãi tính chất nhiều lĩnh vực bước đánh dấu đặc biệt phát triển khoa học công nghệ mở hướng nghiên cứu thu hút nhiều quan tâm nhóm nghiên cứu nước Trước thập kỉ 1980, siêu dẫn nhiệt độ thấp tìm thấy kim loại hợp kim, làm lạnh đến nhiệt độ thấp 23K lý thuyết BCS giải thích cách định lượng Cho đến năm 1986, Georg Bednorz Alex Muller phát vật liệu mới: cấy nguyên tố lạ vào oxít Đồng –Bari oxít Đồng –Bari trở thành vật liệu siêu dẫn có cấu trúc tương tự với nhiệt độ chuyển pha cao hơn, chí cao nhiệt độ nitơ lỏng 77K Mở khả cho ứng dụng Chất siêu dẫn (Bi, Pb)2Sr2Ca2Cu3O3 (BSCCO) gọi siêu dẫn nhiệt độ cao (high temperature superconductors - HTS) hệ thứ chế tạo Tuy nhiên, kết thực nghiệm cho thấy mật độ dòng tới hạn (Jc) BSCCO thấp dẫn đễn phạm vi ứng dụng chưa rộng rãi – xung quanh vùng nhiệt độ 20 K Sự phát triển HTS hệ thứ YBa2Cu3O7- (YBCO) hay (RE) Ba2Cu3O7- (REBCO, RE viết tắt nguyên tố đất hiếm) dự kiến khắc phục yếu điểm dây BSCCO hệ thứ nhất, YBCO REBCO có Jc cao nhiệt độ Nitơ lỏng 77K có từ trường từ trường mạnh Do YBCO REBCO có đóng góp to lớn sản xuất ứng dụng thương mại công nghiệp, mở bước tiến đáng kể công nghiệp điện, điện tử Bước đầu làm quen với việc nghiên cứu chọn đề tài “Ảnh hƣởng áp suất oxy lên trình lắng đọng màng siêu dẫn nhiệt độ cao YBa2Cu3O7-” làm khóa luận tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo vật liệu siêu dẫn YBa2Cu3O7- - Phân tích cấu trúc màng siêu dẫn nhiệt độ cao YBa2Cu3O7- - Nghiên cứu tính chất vật liệu siêu dẫn YBa2Cu3O7- nhiệt độ cao Nhiệm vụ nghiên cứu -Chế tạo mẫu gốm YBa2Cu3O7- phản ứng pha rắn -Chế tạo màng siêu dẫn phương pháp lắng đọng laser xung(PLD) -Phân tích cấu trúc tinh thể nguyên tử phép đo nhiễu xạ Xray(XDR) -Quan sát hình thái bề mặt mẫu phép đo SEM -Tìm hiểu tính chất màng chế tạo nhiệt độ khác phương pháp đo điện trở phụ thuộc nhiệt độ sử dụng bốn mũi dò Đối tƣợng nghiên cứu - Mẫu gốm YBa2Cu3O7- - Mẫu màng YBa2Cu3O7- Phƣơng pháp nghiên cứu - Chế tạo mẫu gốm YBa2Cu3O7- phương pháp phản ứng pha rắn - Chế tạo mẫu màng YBa2Cu3O7- phương pháp phún xạ laser xung Đóng góp đề tài Dùng làm tài liệu tham khảo cho bạn sinh viên nghiên cứu ảnh hưởng áp suất lên tính chất vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao YBa2Cu3O7- Bố cục khóa luận Ngoài phần: Mở đầu, Kết luận, Tài liệu tham khảo Phục lục, khóa luận gồm chương: Chương 1: Tổng quan lí thuyết Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm Chương 3: Kết CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ LÍ THUYẾT 1.1 Sơ lƣợc siêu dẫn ứng dụng Cách kỉ, siêu dẫn khái niệm mẻ đến chủ đề hấp dẫn nhiều nhà vật lí đại quan tâm Năm 1908, Kamerlingh Onnes đặt tiền đề cho phát minh siêu dẫn, ông hóa lỏng heli trường Đại học Tổng hợp Quốc gia Leiden (Hà Lan) Năm 1911, Kamerlingh Onnes nghiên cứu điện trở thủy ngân (Hg) đột ngột giảm không nhiệt độ 4,2 K[2].Việc phát vật liệu siêu dẫn mở kỉ nguyên lịch sử vật lí Kể từ tượng nghiên cứu sâu để tìm ứng dụng tiềm loại vật liệu Suốt từ năm 1911-1985 vật liệu siêu dẫn tìm có nhiệt độ chuyển pha không 24K môi trường hóa lỏng Hêli môi trường nghiên cứu tượng Vì mà ứng dụng tượng siêu dẫn bị hạn chế chi phí sản xuất cao Do người ta cố gắng tìm loại có nhiệt độ chuyển pha cao Cho đến năm 1986, J.G Bednorz K.A Muller (Thụy Sĩ) tổng hợp chất siêu dẫn chứa Latan, Bari, Oxy đồng(Cu) với Tc=37K sau đó, hàng loạt hợp chất chứa oxy Cu chế tạo Tc nhiệt độ sôi nitơ lỏng(77K)[1] Từ đây, ngành vật liệu siêu dẫn mở hướng mới- vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS) Nó đánh dấu phát tiển vượt bậc trình tìm kiếm nhà vật lí công nghệ siêu dẫn bề mặt bia làm vật liệu tan bốc bay Phún xạ nhiệt coi chế chủ yếu laser bia Khi photon chiếu đến bia tạo cặp electron-lỗ trống Sau khoảng thời gian vài pico giây lượng truyền đến mạng tinh thể vòng vài nano giây cân điện tử mạng tinh thể đạt Trong thời gian nhiệt độ ảnh hưởng đến phún xạ nhiệt Bước sóng laser tác động đáng kể đến suất cắt bỏ hạt Thông thường laser có bước song ngắn (UV) sử dụng nhiều sử dụng bước sóng ngắn phản xạ vật liệu thấp nhiều bứ xạ hồng ngoại Khi phản xạ giảm phần lớn xung laser hấp thụ lớn vùng UV lượng hấp thụ hiệu cao  Khối plasma đƣợc mở rộng tới đế Các vật liệu bốc từ bia phần nguyên tử bị ion hóa Ngoài đám mây hạt hấp thụ lượng chùm laser bị ion hóa Cuối plasma ion hóa hoàn toàn hình thành vùng lân cận (50 bia Các plasma mở rộng xa bia, phần nhìn thấy chùm hạt phần cắt bỏ Các chùm hạt bao gồm: nguyên tử trung tính, điện tử, ion Hơn hợp chất khác quan sát gần bề mặt bia Ánh sáng nhìn thấy trình phát quang tổ hợp plasma  Vật liệu đƣợc chuyển tới lắng đọng bề mặt đế Đây bước quan trọng để định tính chất màng Năng lương lớn dễ làm hư hỏng bề mặt đế Màng mỏng phát triển sau vùng nhiệt hóa hình thành Khi tốc độ ngưng tụ cao tốc độ phún xạ điều kiện cân nhiệt đạt được, màng phát triển nhanh chóng bề mặt đế Sự phát triển màng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: mật độ, lượng, tốc độ ion hóa, nhiệt độ áp suất oxy tính chất hóa lí đế Kĩ thuật PLD có ưu điểm vượt trội phương pháp khác với suất bốc bay cao, màng mỏng hình thành với cấu trúc thành phần hợp 21 thức bia Quá trình bốc bay xảy nhanh đến mức phân hủy thành phần hóa học không kịp hình thành Tốc độ mọc màng cao, khoảng 10nm/phút có khả chế tạo màng mỏng đa lớp Đế màng siêu dẫn sử dụng SrTiO3(STO) với độ lệch mạng YBCO/STO là: X Với a = 3.8227A0 aYBCO  aSTO aYBCO  100%  2.15% (2.1) aSTO=3.905 A0 Nhưng nhược điểm phương pháp này: - Khối plasma tạo hướng thẳng phía đế, không mở rộng vùng không gian xung quanh, nên chiều dày màng mỏng không đồng nhất, thành phần cấu tạo thay đổi theo chiều dài đế Diện tích vật liệu lắng đọng nhỏ, khoảng cm2 - Thiết bị có giá thành cao, nguồn khí sử dụng tạo laser khí hiếm, điện áp cần để tạo xung laser lớn, đến 30 kV - Năng lượng xung không ổn định, suy hao trình truyền dẫn theo thời gian Ngoài ra, tia laser sử dụng trình bốc bay nguy hiểm người sử dụng 2.1.2.2 Tối ưu hóa điều kiện chế tạo Phương pháp PLD phụ thuộc vào lượng tia laser, nhiệt độ áp suất oxy Trong khóa luận giữ cố định lượng E=250mJ nhiệt độ không đổi T=7800K Độ dày mẫu khống chế ~ 300 nm cách cố định khoảng cách từ bia đến đến 4.5 cm, tần số xung laser Hz thời gian tạo mẫu 15 phút Áp suất oxy thay đổi áp suất sau p= 50, 100, 150, 200, 250 mTorr từ thấy thay đổi Tc áp suất Tc lớn 22 2.2 Phân tích tính chất 2.2.1 Tính chất cấu trúc 2.2.1.1 Phép đo nhiễu xạ Xray (XRD) Cấu trúc tinh thể nguyên tử YBCO nghiên cứu sử dụng hệ thống nhiễu xạ Xray (XRD) Nhiễu xạ xảy X-quang chiếu tới mẫu bị tán xạ trường hợp phù hợp với định luật Bragg (n = 2dsin ) Hình ảnh nhiễu xạ thu cường độ sóng khác nhau, cường độ sóng mạnh Bộ nhiễu xạ Xray bao gồm dụng cụ: nguồn Xray, mẫu vật máy đo góc, detector tia x Chúng đặt nằm chu vi vòng tròn (gọi vòng tròn tiêu tụ) Các tinh thể định hướng cách quét góc khác để xác định mặt màng mỏng Góc mặt phẳng mẫu tia X tới góc  – góc Bragg Góc phương chiếu tia X tia nhiễu xạ  Nguồn tia X giữ cố định detector chuyển động suốt thang góc đo Bán kính vòng tiêu tụ thay đổi Mẫu đặt đế phẳng mẫu quay với tốc độ  detector quay với tốc độ  cường độ nhiễu xạ tự động ghi giấy, từ vẽ giản đồ nhiễu xạ mẫu Phương pháp cho phép xác định thành phần hóa học nồng độ chất mẫu Bởi chất có mẫu cho ảnh nhiễu xạ pha trưng.Từ giản đồ ta so sánh mẫu điều kiện khác từ tìm điều kiện chế tạo tối ưu 23 Hình 2.3 Cấu tạo máy đo nhiễu xạ tia X * Ưu điểm máy nhiễu xạ tia X: - Tiến hành đo môi trường bình thường - Chụp nhanh, rõ nét - Chụp cấu trúc bên trong, cấu trúc nhiều lớp * Nhược điểm: - Gía thành thiết bị cao 2.2.1.2 Phép đo SEM Hình thái bề mặt màng YBCO sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM Cấu tạo gồm phận chính: súng phóng điện tử, hệ thống thấu kính từ, phận thu nhận tín hiệu detector, buồng chân không chứa mẫu, thiết bị hiển vi Trong SEM mẫu tạo thành cách sử dụng chùm tia điện tử hẹp chiếu quét bề mặt mẫu, điện tử tương tác với bề mặt mẫu đo phát xạ thứ cấp (điện tử thứ cấp, điện tử tán xạ ngược…) Các electron tạo sung điện từ hút cực dương Cuộn dây sử dụng để quét chùm electron va chạm với bề mặt electron phát electron phát xạ thu vào ống katốt.Sau rời khỏi anot chùm 24 điện tử bị phân nên ta phải sử dụng hệ thống thấu kính để hội tụ chúng thành điểm bề mặt chân không Mặt khác dùng thang đo có gương để quét bề mặt mẫu Sự tương tác nút với bề mặt làm lệch hướng thường đo cách sử dụng laze phản xạ từ bề mặt giá đỡ thành mảng điốt Hình 2.4 Sơ đầu cấu tạo hệ đo sử dụng kính hiển vị điện tử quét SEM * Ưu điểm: - Không phá hủy mẫu vật - Hoạt động chân không thấp - Dễ sử dụng * Nhược điểm: - Độ phân giải hình ảnh chưa cao 2.2.2 Tính chất siêu dẫn Tính chất siêu dẫn màng YBCO chế tạo giá trị áp suất oxy khác kiểm tra phương pháp đo điện trở phụ thuộc nhiệt độ sử dụng bốn mũi dò 25 Trong phương pháp này, Volt kế Ampere kế mắc riêng biệt hình 2.5: Hình 2.5 Sơ đồ bố trí aVolt kế Ampere kế phép đo bốn mũi dò Trên sơ đồ ta thấy, hai mũi (1) (4) đo dòng đặt vào, hai mũi (2) (3) đo hiệu hai đầu điện trở Với cách bố trí vậy, ta loại thành phần điện trở hai đầu dò đo dòng vào điện trở tổng cộng Ta tính toán thành phần điện trở hai đầu dò đo theo mạch điện hình 2.6 Hình 2.6 Sơ đồ phân bố dòng điện, điện trở thành phần mạch điện phép đo bốn mũi dò Gọi đoạn mạch AB đoạn mạch đo hiệu hai đầu điện trở Rs, theo tính chất điện trở đoạn mạch mắc song song ta có R1 = RV + Rp2 + Rcp2 + Rsp2 + Rp3 + Rcp3 + Rsp3 R2 = Rs 26 với R1 R2 điện trở đoạn mạch chứa Volt kế điện trở đoạn mạch chứa điện trở Rs cần đo Dòng điện qua đoạn mạch AB: I = I1 + Is với I1 dòng qua Volt kế Is dòng qua Rs Thế hiệu hai đầu đoạn mạch chứa VA2B = VASB Như vậy, I1 nhỏ (để sụt không đáng kể dòng chạy qua thành phần điện trở)  I  Is Để làm điều này, người ta mắc Volt kế có trở kháng cao, số Volt kế xấp xỉ hiệu hai đầu Rs Áp dụng định luật Ohm theo công thức V=IR R=V/I, ta tính giá trị Rs 27 CHƢƠNG KẾT QUẢ 3.1 Kết đo nhiễu xạ tia X Dựa vào kết thu đo cường độ nhiễu xạ tia X áp suất: 100, 150, 200, 250, 300 mTorr ta thu bảng sổ liệu khác từ ta đồ thị sau: 40000 20000 50 100 10 20 30 40 (006) 5000 (005) 10000 50 60 2do) 70 80 5000 90 10 40000 40 50 2do) 60 70 80 60 70 80 90 200 (006) 25000 5000 30 40 50 60 70 2do) 40000 Cuong nhieu xa (dvty) 35000 30000 80 10 90 20 30 STO (300) 20 (007) (004) 10000 (003) 15000 (005) 20000 STO (200) 10 STO (100) 15000 (007) (003) 20000 30000 (002) Cuong nhieu xa (dvty) (006) (005) 25000 (002) Cuong nhieu xa (dvty) 30 35000 30000 5000 20 40000 150 35000 10000 (006) (005) 10000 (007) 15000 (004) \ 20000 15000 (003) 25000 (002) Cuong nhieu xa (dvty) 30000 (004) Cuong nhieu xa (dvty) 35000 40 250 50 90 2do) 25000 20000 15000 10000 5000 10 20 30 40 50 2do) 60 70 80 90 Hình 3.1 Đồ thị nhiễu xạ tia X màng YBCO chế tạo áp suất oxy khác 28 Từ đồ thị ta thấy đỉnh nhiễu xạ có giá trị từ (002) đến (007), điều chứng tỏ màng YBCO chế tạo có tính định hướng theo trục c Các đỉnh quan sát thuộc YBCO điều chứng tỏ màng chế tạo tạp chất Khi tăng áp suất chế tạo từ 50 đến 250 mTorr, va chạm nguyên tử, phân tử vật liệu YBCO với nguyên tử, phân tử oxy tăng dần (mật độ nguyên tử phân tử oxy tỉ lệ thuận với áp suất) Kết thể tích độ rộng chùm plasma – hệ lượng vật chất tính chất màng YBCO mọc - tới đế giảm dần Khi so sánh đỉnh nhiễu xạ mẫu với nhau, ta thấy cường độ đỉnh tăng dần đạt cực đại áp suất oxy 200 mTorr Về mặt thực nghiệm, áp suất oxy 200 mTorr, độ rộng chùm plasma vừa chạm tới đế Các nguyên tử phân tử YBCO tạo thành lớp liên tiếp đến có kích thước nhỏ, vận tốc lớn (khác với hạt lớn va chạm với oxy, động lượng không đến đế) Ở mẫu cuối cùng, áp suất oxy lớn = 250 mTorr, độ rộng chùm plasma thu hẹp dẫn đến lượng YBCO đến đế giảm mạnh, ta không quan sát đủ đỉnh nhiễu xạ tia X trường hợp trước 3.2 Kết hình thái bề mặt Hình thái bề mặt màng YBCO chế tạo áp suất khác kiểm tra ảnh SEM 29 (a) (b) (c) Hình 3.2 Màng YBCO áp suất 150mTorr(a),200mTorr(b), 250mTorr(c) 30 Quan sát ảnh SEM ta rút nhận xét sau: Hình 3.2(a): bề mặt mẫu không nhẵn, có hạt kích thước lớn đặc trưng mẫu chế tạo phương pháp PLD với mật độ lớn Hình 3.2(b): bề mặt mẫu nhẵn với mật độ hạt kích thước lớn giảm mạnh Hình 3.2(c): bề mặt mẫu nhám ta quan sát cụ thể tính không đồng vật liệu Hình thái bề mặt phụ thuộc áp suất oxy phù hợp với chế trình bày Khi áp suất thấp, độ rộng chùm plasma lớn, vượt qua khoảng cách bia đế hay nói cách khác đế nằm vùng plasma Lúc đó, nhiều hạt với kích thước vận tốc khác bay từ bia chuyển thẳng đến đế với trạt tự xếp không ổn định không Bề mặt mẫu hình thành bị nhám mật độ hạt lớn Khi áp suất cao, độ rộng chùm plasma thu hẹp lại dẫn đến lượng YBCO đến đế suy giảm, tốc độ hình thành màng YBCO chậm không dẫn đến bề mặt nhám trở lại Hiện tượng xuất hạt kích thước lớn giải thích suy giảm động va chạm với oxy, không đủ động hướng đến đế 3.3 Tính chất siêu dẫn Bằng phương pháp mũi dò ta đo đồ thị điện trở R phụ thuộc nhiệt độ mẫu áp suất oxy là: 150, 200, 250 mTorr Ta chọn mẫu áp suất phép đo nhiễu xạ tia X quan sát ảnh SEM ta thầy ba mẫu có tính định hướng theo trục c bề mặt mẫu nhẵn 31 10 10 200 150 8 T ~ 91.2 K 150 T c ~ 89.8 K 0 88 90 92 94 96 T (K) 98 -2 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 T (K) 100 R (Ohm) R (Ohm) R (Ohm) R (Ohm) 6 200 T ~ 93.7 K Tc ~ 91.0 K 88 90 92 -2 94 T (K) 96 98 100 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 T (K) (a) (b) 10 250 Áp suất T ~ 91.2 K 150 89.8 200 91.0 250 89.0 ( (K) 250 R (Ohm) R (Ohm) (mTorr) Tc ~ 89.0 K 88 90 92 94 96 T (K) 98 100 -2 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 T (K) (c ) Hình 3.4 Đồ thị R-T màng áp suất 150mTorr(a), 200mTorr(b), 250 mTorr(c) bảng nhiệt độ tới hạn Tc áp suất khác Từ đồ thị bảng số liệu ta thấy: - Hình 3.4(b): Nhiệt độ chuyển pha Tc lớn Nguyên nhân tính định hướng theo trục c áp suất 200 mTorr tốt Và áp suất bề mặt nhẵn, không chứa tạp chất - Hình 3.4 (a): Nhiệt độ chuyển pha Tc nhỏ Nguyên nhân tính định hướng theo trục c không cao Và bề mặt không nhẵn bên cạnh hạt chứa Cu Ba nhiều dạng phân bố hình học khác làm cho bề mặt mẫu 32 không hoàn toàn định hướng theo trục c Các vùng bề mặt không đồng dẫn đến tính siêu dẫn khác độ đồng tính siêu dẫn mẫu giảm - Hình 3.4 (c): Tc giảm Nguyên nhân tính định hướng theo truc c giảm bề mặt mẫu bị nhám xuất trạng thái không đồng mẫu Tc mẫu chế tạo 250 mTorr có Tc nhỏ (89K) lượng vật chất YBCO đến mẫu thấp, vùng có tính siêu dẫn tốt giảm Từ kết ta thấy T = 780oC áp suất oxy 200 mTorr điều kiện chế tạo tối ưu để chế tạo màng siêu dẫn YBCO 33 KẾT LUẬN Trong khóa luận em đạt kết sau: Nhận thức tầm quan trọng chất siêu dẫn đời sống: Siêu dẫn mở kỷ nguyên giống Laze bóng bán dẫn, có mở hướng công nghiệp giới, đặc biệt lĩnh vực tiết kiệm lượng[2] Tìm hiểu cấu trúc chất siêu dẫn YBa2Cu3O7- δ Chế tạo thành công mẫu gốm vật liệu siêu dẫn phản ứng pha rắn Đã sử dụng phương pháp đô điện trở mũi dò để đo điện trở R phụ thuộc vào nhiệt độ T Từ thấy vùng nhiệt độ cao 95K điện trở mẫu có đặc trưng kim loại nhiệt độ T ~ 91K, 92K điện trở mẫu đột ngột giảm đến nhiệt độ xác định TC điện trở giảm Đã nghiên cứu cấu trúc tinh thể cấu trúc vi mô phương pháp XRD SEM sau chế tạo áp suất khác nhận thấy cố định nhiệt độ T=7800K áp suất oxy thay đổi áp suất sau p= 50,100, 150, 200, 250 mTor ta thấy áp suất 200mTorr chế tạo tối ưu 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Thân Đức Hiền (2009), Nhập môn siêu dẫn (Vật liệu, tính chất ứng dụng), Nxb Bách Khoa - Hà Nội [2] Nguyễn Huy Sinh (2005), Vật lý siêu dẫn, NXBGD Tiếng Anh [3] A.W Slight, J.L Gillson and F.E Bierstedt: Solid State Commun 17 (1975) 27 [4] D Dijkkamp, T Venkatesan, X D Wu, S A Shaheen, N Jisrawi, Y H Min-Lee, W L McLean, and M Croft, Appl Phys Lett 51 (1987) 619 [5] M K Wu, J R Ashburn , C.J Torng, Phys Rev Lett, 58 (1987) 908910 [6] T Haugan, J Matter Res 18 (2003) 11 [7] Charles P Poole, Horacio A Farach, Richard J Creswick, Superconductivity,Academic Press, Inc, 2005 35 [...]... tạo màng YBCO 2.1.2.1 Quy trình chế tạo vật liệu siêu dẫn bằng phương pháp lắng đọng laser xung (PLD) Trong khóa luận của mình tôi sử dụng phương pháp lắng đọng laser xung để chế tạo vật liệu siêu dẫn khi ta thay đổi nồng độ áp suất của oxy 18 Hình 2.1 Sơ đồ hệ lắng đọng laser xung Kĩ thuật cắt laser là một kĩ thuật chế tạo vật liệu mà biết đến khi phát hiện ra laser năm 1960 kể từ đó nó được áp dụng... là trạng thái siêu dẫn Chất có biểu hiện như thế là chất siêu dẫn Nhiệt độ mà ở đó điện trở hoàn toàn biến mất gọi là nhiệt độ tới hạn hay nhiệt độ chuyển pha Tc Có thể hiểu rằng nhiệt độ chuyển pha là nhiệt độ mà một chất chuyển từ trạng thái thường sang trạng thái siêu dẫn Khi T>Tc vật liệu dẫn điện như kim loại Khi T ... LÝ PHẠM THỊ THÙY ẢNH HƢỞNG ÁP SUẤT OXY LÊN QUÁ TRÌNH LẮNG ĐỌNG CỦA MÀNG SIÊU DẪN NHIỆT ĐỘ CAO YBa2Cu3O7-  Chuyên ngành: Vật lý chất rắn KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS... chọn đề tài Ảnh hƣởng áp suất oxy lên trình lắng đọng màng siêu dẫn nhiệt độ cao YBa2Cu3O7- ” làm khóa luận tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo vật liệu siêu dẫn YBa2Cu3O7-  ... màng siêu dẫn nhiệt độ cao YBa2Cu3O7-  - Nghiên cứu tính chất vật liệu siêu dẫn YBa2Cu3O7-  nhiệt độ cao Nhiệm vụ nghiên cứu -Chế tạo mẫu gốm YBa2Cu3O7-  phản ứng pha rắn -Chế tạo màng siêu dẫn