DSpace at VNU: Nghiên cứu từ trở của hệ hợp chất La2 3Pb1 3Mn1-xCoxO3 trong vùng từ trường thấp

Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc Nghiên cứu từ trở hệ hợp chất La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 vùng từ trường thấp Nguyễn Thị Bích Ngọc Trường Đại học Khoa học tự nhiên; Khoa Vật lý Chuyên ngành: Vật Lý nhiệt; Mã số: 60 44 09 Người hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Huy Sinh Năm bảo vệ: 2011 Abstract Khái niệm từ trở, số hiệu ứng từ trở mơ hình giải thích chế hiệu ứng từ trở: vài nét trình phát triển việc nghiên cứu từ trở, điện trở từ điện trở kim loại, số loại hiệu ứng từ trở, số mơ hình giải thích chế hiệu ứng từ trở, đặc trưng GMR Tiến hành thực nghiệm: chế tạo mẫu, đo điện trở phụ thuộc nhiệt độ, đo từ trở Tìm hiểu kết quả: kết đo nhiễu xạ tia X (XPD), từ độ phụ thuộc nhiệt độ hệ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3, Keywords Vật lý nhiệt; Từ trở; Hệ hợp chất Content Những năm gần đây, việc nghiên cứu từ trở trở thành đề tài nóng bỏng nhà vật lý vật liệu học Với phát minh vật liệu có từ trở khổng lồ (Giant magnetoresistance, GMR) từ trở lớn (Colossal magnetoresistance, CMR) hứa hẹn ứng dụng vô to lớn lĩnh vực điện tử học, tự động hóa, cơng nghệ thơng tin lĩnh vực công nghệ nanô Sự khám phá hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (GMR) vào năm 1988 vật liệu từ có cấu trúc không liên tục (như màng mỏng đa lớp) góp phần làm cho nghành điện tử học có tiến vượt bậc, đặc biệt lĩnh vực công nghệ lưu trữ thông tin, đo lường từ điều khiển từ trường Nếu trước đây, spin electron không đuợc giới vật lý lưu ý nghiên cứu tượng chuyển tải dòng điện, ngày quan tâm tới spin Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc mở lĩnh vực cho vật lý học đại, „„Điện tử spin‟‟ (spintronics) Phát spintronics hiệu ứng từ trở khổng lồ màng mỏng từ đa lớp Từ năm 1970, người ta nhận thấy lợi dụng thuộc tính có spin điện tử để điều khiển lại hành vi chúng Do điện tử có spin xác định (spin ↑ spin ↓) có xác suất tán xạ khác phương xác định mơmen từ định xứ, nên dùng từ trường để định hướng lại mơmen từ, sở điều khiển spin điện tử, từ dẫn đến thay đổi điện trở vật liệu Điều tương tự việc dùng điện trường để điều khiển điện tử hay lỗ trống vật liệu bán dẫn Sự khác chỗ, chế điều khiển điện trường khơng phân biệt thuộc tính có spin điện tử, chế điều khiển từ trường phân biệt chiều spin điện tử Như chế điều khiển từ trường tinh vi so với chế điều khiển điện trường Đó sở ứng dụng lĩnh vực từ điện tử học Nhiều tính chất vật lý vật liệu thay đổi vật đặt từ trường Một số điện trở vật liệu biến đổi theo thay đổi từ trường Hiện tượng từ trường đặt vào làm cho điện trở vật liệu thay đổi ghi nhận thí nghiệm thực vật liệu có cấu trúc đa lớp chế tạo cách luân phiên chồng lớp kim loại có từ tính với kim loại phi từ Khi đặt từ trường ngồi lên vật liệu đa lớp từ độ lớp có từ tính trạng thái đối song (↑↓ ) chuyển sang trạng thái song song (↑↑ ) Từ dẫn đến thay đổi điện trở suất (hay độ dẫn điện) vật liệu Trên sở đó, đề tài luận văn chọn là: “Nghiên cứu từ trở hệ hợp chất La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 vùng từ trường thấp” Mục đích luận văn tìm hiểu chế hiệu ứng từ trở, số mơ hình giải thích hiệu ứng tiến hành phép đo phụ thuộc vào nhiệt độ từ độ, điện trở từ trở hợp chất La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 vùng từ trường thấp từ 0.0 – 0.4T Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc Kết cấu luận văn gồm chương sau:  Chương 1: Khái niệm từ trở, số hiệu ứng từ trở mơ hình giải thích chế hiệu ứng từ trở  Chương 2: Thực nghiệm  Chương 3: Kết thảo luận  Kết luận  Tài liệu tham khảo Chương KHÁI NIỆM TỪ TRỞ, MỘT SỐ HIỆU ỨNG TỪ TRỞ VÀ NHỮNG MƠ HÌNH GIẢI THÍCH CƠ CHẾ CÁC HIỆU ỨNG TỪ TRỞ 1.1 Vài nét trình phát triển việc nghiên cứu từ trở Hiệu ứng từ điện trở (MR) dạng tượng từ điện, thể thay đổi điện trở suất (hay độ dẫn điện) vật dẫn (kim loại hay bán dẫn) tác dụng từ trường - Năm 1851, Lord Kelvin lần quan sát thấy thay đổi điện trở suất Fe Ni có từ trường ngồi tác dụng, sau biết tượng hiệu ứng từ điện trở dị hướng (AMR) [19] - Năm 1856, William Thomson quan sát thấy tượng thay đổi điện trở tương tự [26] - Năm 1853, H.Tomlinson quan sát thấy hiệu ứng MR lớn sợi dây Bi vùng từ trường dọc (từ trường song song với dòng điện) năm 1890, P.Lenard lặp lại thí nghiệm với từ trường ngang (từ trường vng góc vói dòng điện) [16] - Kể từ đó, sợi dây Bi sử dụng để làm cảm biến đo từ trường (Đó Hiệu ứng Hall E.H Hall phát vào năm 1879) [13] - Năm 1929, P.Kapitza tiến hành nghiên cứu hiệu ứng MR tương đối có hệ thống cuả loạt kim loại khác Si Ge [23] Luận văn thạc sĩ - Nguyễn Thị Bích Ngọc Đầu năm 1950, nhóm L.Pearson tiến hành nghiên cứu sâu hiệu ứng MR chất bán dẫn [15] - Hiệu ứng MR màng mỏng kim loai hợp kim sắt từ quan tâm nghiên cứu nhiều từ cuối năm 1950 đầu năm 1970 [25], [26] hiệu ứng MR ứng dụng để làm cảm biến từ trường [12] - Vào năm 80, hiệu ứng AMR màng mỏng sắt từ, tiêu biểu hợp kim pecmalôi, NiFe, số hợp kim khác sở pecmalôi đưa vào sử dụng đầu từ máy tính [17] - Để đánh giá độ lớn hiệu ứng MR, thể mức độ thay đổi điện trở suất có từ trường so với khơng có từ trường tác dụng, gọi tỉ số MR, người ta thường tính theo công thức: MR=  o =  o   H  (%) o Trong ρo ρ(H) điện trở suất khơng có có từ trường (H) tác dụng Thường tỷ số MR tính theo tỷ lệ phần trăm Trong thực nghiệm cần đo điện trở mẫu mà không cần đo điện trở suất để bỏ qua yếu tố hình học mẫu yếu tố bị triệt tiêu tỷ số 1.2 Điện trở từ điện trở kim loại Điện trở kim loại sinh tán xạ điện tử dẫn với nguyên tử tạp chất hay dao động mạng tinh thể (phonon) Trong trường hợp chung, biễu diễn điện trở suất kim loại dạng định luật Matthiesen [19]: ρ = ρf + ρ i ρf: sinh tán xạ phonon ρi: sinh tán xạ loại sai hỏng tĩnh (gồm tạp chất sai hỏng cấu trúc) Luận văn thạc sĩ 1.3 Nguyễn Thị Bích Ngọc Một số loại hiệu ứng từ trở 1.3.1 Hiệu ứng từ điện trở thường (OMR – Ordinary Magnetoresistance Effect) - Về nguyên tắc: Hiệu ứng MR tồn kim loại MR tăng theo H (hiệu ứng dương) Do hiệu ứng OMR thường có kim loại thường - Cơ chế: hiệu ứng MR xuất phát từ tương tác trao đổi điện tích chuyển động điện trường E với từ trường H (lực Lorentz) làm thay đổi phương chuyển động chúng 1.3.2 Hiệu ứng từ trở dị thường AMR (Anisotropic Magnetoresistance Effect) Đối với kim loại hay hợp kim sắt từ, tỷ số MR cao nhiều so với hiệu ứng OMR, lên đến vài phần trăm Ví dụ, màng mỏng Fe, tỷ số MR ~ 2%, hay màng Ni ~2% pecmaloi (hợp kim Ni - Fe) số vật liệu từ có tỷ số MR lớn nhất, ~ 4-5% Màng pecmaloi sử dụng rộng rãi làm cảm biến từ trường, đặc biệt đầu từ MR [11] 1.3.3 Hiệu ứng từ điện trở xuyên ngầm (Tunneling Magnetoresistance' - TMR) Là hiệu ứng từ trở xảy lớp sắt từ bị ngăn cách lớp mỏng cách điện cho phép điện tử xuyên ngầm qua lớp cách điện này, tán xạ lớp sắt từ, gây hiệu ứng từ trở lớn 1.3.4 Từ điện trở dị hướng xung kích (Ballistic Anisotropy Magnetoresistance BAMR) BAMR hiệu ứng từ điện trở xảy điện tử chuyển động dây mỏng, giống viên đạn nòng súng - chúng bị cưỡng ép chuyển động chiều định bị va chạm hay nói cách khác khơng có cản trở dọc theo đường truyền Nếu dây có chiều dày vài lớp nguyên tử, khả dẫn điện tử - độ dẫn điện - bị lượng tử hóa, số nguyên lần (N) độ dẫn điện tử lượng điện tử bị cầm tù dây dải hẹp N tương ứng với số dải lượng mức Fermi, Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc mà xảy tính dẫn điện 1.3.5 Từ điện trở khổng lồ (Giant Magnetoresistance Effect - GMR) Một số nhà nghiên cứu Việt Nam dịch hiệu ứng GMR "từ điện trở lớn" không thống việc dịch "Giant" "khổng lồ" hay "lớn" tên gọi quen thuộc thường dùng GMR Hiệu ứng GMR hiệu ứng lượng tử quan sát thấy số màng mỏng từ tính đa lớp đơn lớp, với thay đổi lớn giá trị điện trở suất tác dụng từ trường 1.3.6 Từ điện trở siêu khổng lồ (Colossal Magnetoresistance - CMR) Hiệu ứng CMR nhà nghiên cứu Việt Nam gọi "Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ" (khi gọi hiệu ứng GMR "Từ điện trở lớn") thường gọi tắt hiệu ứng CMR Hiệu ứng xảy với vật liệu từ có cấu trúc perovskite (ví dụ manganese, cobaltite, ) có điện trở thay đổi cực lớn tới hàng ngàn % 1.4 Một số mơ hình giải thích chế hiệu ứng từ trở 1.4.1 Giải thích theo mơ hình hai dòng Cách giải thích chế gây hiệu ứng MR cấu trúc từ đa lớp dựa sở mơ hình hai dòng Mott - Khi khơng có từ trường ngồi từ trường ngồi q nhỏ, khơng đủ lớn từ độ mặt phẳng từ quay theo phương từ trường ngồi, kênh điện tử với spin ↑ spin ↓ bị tán xạ với xác suất tán xạ nhau, điện trở suất kênh làm cho điện trở mẫu lớn (minh họa hình 1.4b) - Khi tăng dần từ trường ngồi mômen từ spin định xứ quay từ từ theo phương từ trường Khi từ trường ngồi đủ lớn để mơmen từ quay theo phương có kênh điện tử có spin ngược chiều với từ độ bị tán xạ mạnh, kênh chiều nên tỉ lệ truyền điện tử cao, điện trở suất mẫu giảm (minh họa hình 1.4a) Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc 1.4.2 Giải thích theo mơ hình cấ u trúc dải Xét điện tử dẫn 4s có spin ↑ ↓ Giả thiết điện tử 4s xuất phát từ lớp phi từ (NM) chuyển đến lớp sắt từ (FM) Tồn trường hợp: a) Khi từ độ lớp xắp xếp phản song với nhau, điện tử spin ↓ bị “bắt” vào trạng thái 3d trống với spin ↓ Trong điện tử có spin ↑ (cùng chiều với M khơng bị bắt lớp khơng có trạng thái 3d spin ↑ trống Các điện tử bị truyền sang lớp FM bị bắt có trạng thái 3d spin ↑ trống Hình vẽ 1.5a sơ đồ cấu trúc tuần hoàn, trạng thái 3d ứng với spin ↑ spin ↓ phân bố kênh điện tử spin ↑ ↓ tương đương trình truyền điện tử hệ bị tán xạ làm cho ρtổng hệ lớn b) Khi từ độ lớp FM xếp song song với (hình vẽ 1.5b) ta nhận thấy: Chỉ có trạng thái điện tử 3d spin ↓ trống nên có kênh điện tử bị tán xạ, kênh điện tử spin ↑ thơng hồn tồn trạng thái điện tử 3d có spin ↑ tương ứng bị lấp đầy gây nên đoản mạch kênh điện tử dẫn đến ρtổng hệ giảm xuống 1.4.3 Giải thích theo mơ hình chuỗi rào Coi hệ đa lớp chuỗi rào dạng chữ nhật tuần hoàn chuyển động điện tử dẫn Hình a) Từ độ có cấu hình phản song song, điện tử dẫn chuyển động hai kênh spin ↑ ↓ bị cản trở hàng rào có hình dạng độ cao Hình b) Từ độ có cấu hình song song điện tử dẫn chuyển động có kênh spin ↓ bị chuỗi rào cản trở 1.4.4 Giải thích mơ hình mạng điện trở (mơ hình đơn giản) Mơ hình mạng điện trở đơn giản Mathon đưa Giả thiết tán xạ điện tử dẫn phụ thuộc spin có nguồn gốc thân lớp FM Mỗi lớp kim loại sắt từ (FM) phi từ (NM) gồm điện trở ứng với kênh dẫn điện tử có spin ↑ spin ↓ Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc Mơ hình cho thấy tỉ số MR liên quan đến tỷ số tán xạ bất đối xứng kênh dẫn Vì xác suất tán xạ kênh ứng với spin ↑ spin ↑ khác dẫn đến ρ↑ ≠ ρ↓ 1.5 Một số đặc trưng GMR 1.5.1 Ảnh hưởng yếu tố cấu trúc tạp chất Cấu trúc bề mặt phân cách màng đa lớp có vai trò quan trọng GMR, q trình tán xạ phụ thuộc spin diễn chủ yếu Yếu tố nhạy với điều kiện công nghệ chế tạo màng mỏng Những nghiên cứu khác dẫn đến kết luận khác [7] 1.5.2 Sự phụ thuộc GMR vào chiều dày lớp Sự phụ thuộc vào khoảng cách tương tác spin điện tử dẫn kim loại phi từ dao động trạng thái spin ↑ trạng thái spin ↓ trình lan truyền cảm ứng từ mômen từ thứ đến mômen từ thứ hai Do mơmen từ thứ hai dao động ↑ hay ↓ so với mômen từ thứ tùy theo khoảng cách mà nằm chu kỳ Cường độ tương tác giảm theo hàm 1/ r3 với r khoảng cách mômen từ xét Từ công thức: GMR =  AF   FM  AF Để có tỷ số GMR lớn chưa có từ trường ngồi tác dụng, từ độ lớp phải xếp hoàn toàn phản song với có từ trường ngồi tác dụng đủ lớn vectơ từ độ quay lại song song hồn tồn với Trong đó, cấu hình xếp từ độ kiểu AF hay FM chưa có từ trường ngồi lại tùy thuộc vào khoảng cách lớp từ - chiều dày lớp phi từ tương tác kiểu RKKY 1.6 Hiệu ứng từ trở khổng lồ vật liệu perovskite manganite Vật liệu Perovskite có cấu trúc lý tưởng ABO3 thể nhiều tính chất vật lý đa dạng Đặc biệt, xuất chuyển pha từ, chuyển pha trật tự - điện tích số hiệu ứng như: hiệu ứng từ nhiệt, hiệu ứng từ trở khổng lồ… Trong vật liệu perovskite manganite, hiệu ứng từ trở khổng lồ quan sát thấy gần nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ đồng thời với biến đổi tính dẫn vật liệu từ kim Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc loại thành điện mơi bán dẫn Ngồi từ trở khổng lồ quan sát thấy pha trật tự - điện tích Chương THỰC NGHIỆM 2.1 Chế tạo mẫu Do độ đồng thành phần, hình thành ổn định cấu trúc tinh thể ảnh hưởng lớn đến tính chất vật lý vật liệu nên việc chế tạo mẫu có vai trò định q trình nghiên cứu tính chất mẫu Có nhiều phương pháp khác để chế tạo vật liệu perovskite là: phương pháp phản ứng pha rắn dùng để chế tạo mẫu dạng khối; phương pháp phún xạ catốt dùng để chế tạo mẫu dạng màng Cho đến nay, phương pháp phản ứng pha rắn phương pháp thông dụng sử dụng để chế tạo vật liệu perovskite Đây phương pháp đơn giản, tốn kém, khơng đòi hỏi nhiều thiết bị đắt tiền, dễ thực phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm Các mẫu chế tạo Bộ môn Vật Lý Nhiệt Độ Thấp Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Đại Học Quốc gia Hà Nội Để khắc phục nhược điểm đồng mẫu cần chọn chế độ nghiền, trộn, ép, nung ủ với thời gian thích hợp Sau trải qua nhiều thí nghiệm chọn chế độ thích hợp để chế tạo mẫu perovskite đơn pha phục vụ cho trình nghiên cứu 2.2 Đo điện trở phụ thuộc nhiệt độ Để đo phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ ta dung phương pháp bốn mũi dò Phép đo tiến hành Bộ môn Vật Lý Nhiệt Độ Thấp – Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Đây phương pháp sử dụng nhiều phòng thí nghiệm vật lý giới 2.3 Đo từ trở Đây phép đo xác định điện trở mẫu thay đổi theo nhiệt độ từ trường xác định Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc Về nguyên lý hệ đo từ trở có cấu tạo tương tự hệ đo điện trở Khi đo toàn hệ đo đặt từ trường Đầu đo từ trường xác định giá trị từ trường trình đo Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết đo nhiễu xạ tia X (XPD) Các mẫu perovskite La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 chế tạo theo phương pháp phản ứng pha rắn mô tả chương Cấu trúc tinh thể mẫu nghiên cứu xác định phương pháp nhiễu xạ bột tia X nhiệt độ phòng trung tâm khoa học vật liệu – khoa vật lý trường Đại học KHTN- ĐHQG HN Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x= 0.00 - 0.30) Hình 3.1 giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x=0.00-0.30) Ta nhận thấy: Các đỉnh giản đồ sắc nét, khơng có vạch ứng với pha lạ Điều cho thấy mẫu kết tinh tốt đơn pha Các đỉnh nhiễu xạ đồng với cấu trúc Perovskite dạng Hexagonal 3.2 Từ độ phụ thuộc nhiệt độ hệ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 Để khảo sát tính chất từ mẫu đo đường cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ theo chế độ làm lạnh khơng có từ trường (ZFC) làm lạnh có từ có từ trường (FC) 10 FC 18 15 M(emu/g) Luận văn thạc sĩ La 2/3 Pb1/3 MnO3 Nguyễn Thị Bích Ngọc 12 ZFC TC=355K 100 150 200 250 T (K) 300 350 400 Hình 3.2: Đường cong từ độ phụ thuộc vào nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3MnO3 La 2/3 Pb1/3 Mn0,95 Co 0,05 O3 18 M(emu/g) 15 FC 12 ZFC FC TC=350K 100 150 200 250 300 350 400 T (K) Hình 3.3: Đường cong từ độ phụ thuộc vào nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn0.95Co0.05O3 La2/3 Pb1/3 Mn0,9 Co0,1 O3 18 M(emu/g) 15 FC 12 ZFC TC=345K La2/3Pb1/3Mn0,8Co0,2O3 180 150 200 250 300 350 400 T (K) 15 M(emu/g) Hình 3.4:12Đường FC cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn0.9Co0.1O3 ZFC TC = 325 K 100 150 200 250 300 350 400 T (K) 11phụ thuộc nhiệt độ mẫu Hình 3.5: Đường cong từ độ La2/3Pb1/3Mn0.8Co0.2O3 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc FC ZFC TC = 305 K Hình 3.6: Đường cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn0.7Co0.3O3 Từ hình 3.2 đến hình 3.6 biểu diễn đường cong từ độ phụ thuộc theo nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (với x = 0.00 – 0.30) đo theo chế độ làm lạnh có từ trường (FC) làm lạnh khơng có từ trường (ZFC) từ trường từ hóa mẫu đo H = 50 0e Tất đường cong M(T) mẫu xuất chuyển pha từ trạng thái sắt từ sang trạng thái thuận từ nhiệt độ tăng Nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ TC (nhiệt độ Curie) mẫu xác định cách kẻ đường thẳng qua phần dốc đường cong M(T), điểm cắt đường thẳng với trục nhiệt độ nhiệt độ TC Các giá trị TC thống kê bảng 3.2 Bảng 3.2: Giá trị nhiệt độ TC hệ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 12 Luận văn thạc sĩ 3.3 Nguyễn Thị Bích Ngọc STT Mẫu nghiên cứu TC (K) La2/3Pb1/3MnO3 355 La2/3Pb1/3Mn0,95Co0,05O3 350 La2/3Pb1/3Mn0,9Co0,1O3 345 La2/3Pb1/3Mn0,8Co0,2O3 325 La2/3Pb1/3Mn0,7Co0,3O3 305 Điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ hệ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0.00  0.30) vùng từ trường thấp H = 0.00 – 0.40T Hình 3.8: Điện trở phụ thuộc nhiệt độ mÉu x = tr-êng hỵp tõ tr-êng H = 0.0T vµ H = 0.4T Điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0.00  0.30) đo từ trường H = 0.0T từ trường H = 0.4T Hình 3.8 đường cong điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ mẫu ứng với x = 0.0 trạng thái khơng có từ trường (H = 0.0T) (đường nằm phía trên) trạng thái có từ trường H = 0.4T (đường nằm phía dưới) Dạng đồ thị cho thấy tính dẫn điện mẫu chuyển từ tính dẫn kiểu kim loại (trong vùng T TP, cường độ tương tác DE chưa đủ lớn đồng thời giảm dần nhiệt độ tăng hoàn toàn biến mẫu trạng thái thuận từ Quá trình làm tăng tượng tán xạ từ, điện trở mẫu tăng lên Tuy nhiên, tăng nhiệt độ mẫu thỡ nồng độ hạt tải sinh lượng nhiệt lớn hơn, trình chiếm ưu thế, dẫn đến giảm điện trở mẫu 0.7 T =190K TP=198K TPP=190K 0.6 TP=198K H = 0.4 T H = 0.0 T 0.5 R 0.4 0.3 0.2 0.1 La 2/3 Pb1/3 Mn0,90 Co 0,10 O3 100 150 200 250 300 350 T (K) Hình 3.10: Điện trở phụ thuộc nhiệt độ mẫu x = 0.10 trường hợp từ trường H = 0.0T H = 0.4T Tương tự trên, hình 3.9 hình 3.10 đường cong điện trở phụ thuộc nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn0,95Co0,05O3 (mẫu pha tạp x = 0.05) La2/3Pb1/3Mn0,9Co0,1O3 (mẫu pha tạp x = 0.10) Nhiệt độ chuyển pha kim loại – bán dẫn/điện môi xác định Đối với mẫu pha tạp x = 0.05 nhiệt độ TP = 247 K từ trường H = 0.0 T TP = 251 K từ trường H = 0.4 T Đối với mẫu pha tạp x = 0.10 nhiệt độ TP = 190 K từ trường H = 0.0 T từ trường H = 0.4 T 14 TP = 198 K Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc Bảng 3.3 : Nhiệt độ chuyển pha kim loại – bán dẫn/điện môi mẫu nghiên cứu tác dụng từ trường STT Mẫu nghiên cứu TP (K) TP (H=0.0T) TP (H=0.4T) La2/3Pb1/3MnO3 265 270 La2/3Pb1/3Mn0,95Co0,05O3 247 251 La2/3Pb1/3Mn0,9Co0,1O3 190 198 La2/3Pb1/3Mn0,8Co0,2O3 La2/3Pb1/3Mn0,7Co0,3O3 Hình 3.11 đường cong điện trở phụ thuộc nhiệt độ mẫu ứng với (x = 0.2 x = 0.3) trạng thái khơng có từ trường H = 0.0T (đường nằm phía trên) từ trường H = 0.4T Từ đường cong ta có số nhận xét sau:  Khơng thấy xuất nhiệt độ chuyển pha TP dải nhiệt độ khảo sát Có thể giải thích tượng sau: vị trí Co3+ thay cho Mn3+ hình thành nên vùng bán dẫn (hoặc điện môi) phá vỡ liên kết vùng kim loại sắt từ Khi nồng độ pha tạp đủ lớn, vùng bán dẫn/điện môi tạo thành vùng biên cô lập đám sắt từ nên nhiệt độ chuyển pha kim loại điện môi (TP) không quan sát thấy  Đường cong điện trở trường hợp có từ trường (H = 0.4T) trường hợp khơng có từ trường tách xa dần nhiệt độ giảm Khi có từ trường điện trở mẫu giảm  Giá trị điện trở mẫu nhiệt độ xác định tăng nồng độ pha tạp Co tăng từ 20% lên 30%  Tại nhiệt độ T = 195K mẫu pha tạp 30% Co có dấu hiệu cho thấy, tồn trạng thái chuyển pha trật tự điện tích (TCO)  Trong vùng nhiệt độ khảo sát, đường cong điện trở phụ thuộc nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0.2 x = 0.3) có dạng gần giống với dạng đường cong điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ chất bán dẫn Chúng làm Eg k T khớp số liệu R(T) với hàm bán dẫn : R  R Oe B 15 (*) Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc Từ số liệu đường cong R(T) dùng phương pháp xấp xỉ hàm Linear phần mềm Origin ta thu giá trị số R0 độ rộng vùng cấm Eg Các giá trị thu từ phương trình (*) đưa bảng 3.4 A x Ngoài dùng phép xấp xỉ hàm y  C.e phần mềm Origin cho giá trị R0 Eg tương tự bảng 3.4 Bảng 3.4 : Giá trị số R0 lượng kích hoạt Eg Mẫu La2/3Pb1/3Mn0,8Co0,2O3 H=0T H = 0,4 T 3.4 Mẫu La2/3Pb1/3Mn0,7Co0,3O3 H=0T H = 0,4 T Ro 0,163 0,152 0,177 0,166 Eg (eV) 0,091 0,084 0,098 0,095 Từ trở vùng từ trường thấp (H=0.00.4T) La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x=0.000.30) Hình 3.12 : Kết đo CMR(H)T mẫu La2/3Pb1/3MnO3 16 hệ Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc Hình 3.13 : Kết đo CMR(H)T mẫu La2/3Pb1/3Mn0.95Co0.05 O3 Hình 3.14 : Kết đo CMR(H)T mẫu La2/3Pb1/3Mn0.90Co0.10 O3 17 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc Hình 3.15: Kết đo CMR(H)T mẫu La2/3Pb1/3Mn0.80Co0.20 O3 Hình 3.16: Kết đo CMR(H)T mẫu La2/3Pb1/3Mn0.70Co0.30 O3 Từ hình 3.12 đến hình 3.16 đường cong từ trở phụ thuộc từ trường nhiệt độ xác định mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCox O3 (x = 0.00 – 0.30) Nhận thấy đường cong có dạng hình chữ V đối xứng qua trục tung tỉ số từ trở (CMR) tăng theo từ trường nhiệt độ xác định Đây minh chứng mặt tượng luận trình tăng từ trở Bởi từ trường tăng làm cho định hướng mômen từ lớp Mn trở lên tốt hơn, trình tán xạ từ điện tử dẫn giảm xuống điện trở mẫu giảm 18 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc tỉ số CMR tăng theo từ trường Bảng 3.10: Tỷ số CMR(%) cực đại mẫu x CMRmax(%) Nhiệt độ (K) 0,00 10,96 126 Hệ mẫu 0,05 11,47 125 La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 0,10 8,78 130 0,20 6,16 130 0,30 4,4 125 Hình 3.18 đồ thị biểu diễn phụ thuộc tỷ số từ trở cực đại vào nồng độ pha tạp Co hệ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0.00 - 0.30) Nhận thấy rằng, giá trị tỷ số từ trở cực đại CMRmax mẫu hệ giảm theo nồng độ pha tạp Ở giá trị pha tạp nồng độ Co thấp x = 0.05, thu giá trị từ trở cực đại lớn Tiếp giá trị giảm gần tuyến tính tăng nồng độ pha tạp Co Ngun nhân liên quan đến thay nguyên tử Co cho Mn vào khung cấu trúc MnO6, chuyển đổi ion Mn3+ thành Mn4+ cạnh tranh tương tác DE - SE Sự suy giảm dần tương tác DE dẫn đến tăng tương tác SE nồng độ thay kim loại chuyển tiếp 3d tăng lên vị trí B cấu trúc perovskite ABO3 Khi vật liệu biểu tính phản sắt từ điện mơi Hình 3.18: Sự phụ thuộc tỷ số CMR max(%) vào nồng độ pha tạp Co 19 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc KẾT LUẬN Chúng chế tạo hệ hợp chất Perovskite La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (với x=0.0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3) đơn pha với cấu trúc dạng Hexagonal Giá trị số mạng giảm theo nồng độ thay Co cho Mn tăng lên hệ hợp chất Xác định nhiệt độ chuyển pha Curie (TC) Các giá trị TC giảm dần theo gia tăng nồng độ pha tạp Co Đường cong điện trở hệ mẫu chuyển dần từ kim loại sang bán dẫn/điện môi nồng độ Co tăng lên Các đường cong điện trở vùng bán dẫn điện môi làm khớp theo hàm R = R0 eEg/ k BT Trên sở đó, chúng tơi xác định số giá trị lượng kích hoạt Eg hệ mẫu nghiên cứu Các đường cong từ trở mẫu vùng từ trường 0.0-0.4T , nhiệt độ xác định có dạng chữ V đối xứng Giá trị lớn từ trở thu 11,47% 125K mẫu x=0.05 Giá trị từ trở mẫu hệ giảm gần tuyến tính theo nồng độ pha tạp Co tăng lên Giải thích cho kết thu dựa mơ hình tương tác DE, SE, cạnh tranh tương tác chúng đồng tồn hóa trị với trạng thái spin khác Co thay cho vị trí Mn hợp chất References 20 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc Vũ Đình Cự, (1998), Vật Lý Chất Rắn, NXB Khoa Học Kĩ Thuật Hà Nội Vũ Thanh Mai, (2007), Nghiên cứu chuyển pha hiệu ứng thay chất perovskite manganite, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Đỗ Hồng Minh, (2001), Tính chất vật lý hệ hợp chất perovskite manganite gốc lantan, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Phạm Hồng Quang, (2007), Giáo Trình: Các phép đo từ, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Huy Sinh, (2007), Tập giảng: Các vấn đề từ học đại, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Đỗ Việt Thắng, (2008), Tính chất điện từ hệ hợp chất La_Pb_Mn_O pha tạp kim loại d, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Anh Tuấn, (2002), Nghiên cứu tính chất từ điện trở khổng lồ màng mỏng chứa Co, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Anh Tuấn, (2005), Nghiên cứu tính chất từ - điện trở hợp chất La0.67Ca0.33Mn1-xCuxO3, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội A.Fert and P Bruno (1994), “Interlayer Coupling and Magnetoresistance in Multilayers” in Ultrathin Magnetic Structures II, ed By J.A.C Bland and B Heinrich, Spinger – Verlag Pub Berlin – Heidelbarg – New York – London – Pari – Tokyo – Hong Kong – Barcelona – Budapest, pp.82-117 10 Billinge S J L., DiFrancesco R G., kwei G H., Neumeier J J., and J D Thompson “ Direct Observation of Lattice Polaron Formation in the Local Structure of La1-xCaxMnO3”, 58 (1996) 724 21 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc 11 C Kittel (1986), Introduction to Solide state Physics , Sixth edition, John Wiley and Sons, Inc., New York, Chichester, Brisbance, Toronto, Singapore, tab 1, pp 55 12 C.S Roumenin (1994), “Solid State magnetic sensors”, Vol in Handbook of sensors and actuators, ed By S Middelhoek, Elsevier, pp.47 13 E.H Hall (1879), Am.J.Math 2, pp 287; phil Mag 1880 [5] 10, pp 301 (“Magnetoresistance” by G.L Pearson, Methods of Experimental Physics, Vol 6-Part B: Solid State Physics, ed By K Lark-Horovitz and V.A Johnson, Academic Press, New York –Lodon, 1959, pp.160) 14 E.P Wohlflarth (1980), “ Iron, Cobalt and Nickel”, Chapter in Feromagnetic material, ed By E.P Wohlfarth, North-Holland P`ublishing Company, pp.52 15 G.L Pearson and H Suhl (1951), Phys Rev 83, pp 768 ( “ Magnetoresistance” by G.L Pearson, Methods of Experimental Physics, Vol 6-Part B: Solid State Physics, ed By K Lark-Horovitz and V.A Johnson, Academic Press, New York –Lodon, 1959, pp.160) 16 H Tomlison, (1883), phil Trans Roy Soc London, ser A 174, pp ( “Magnetoresistance” by G L Pearson, Methods of Experimental Physics, Vol 6Part B: Solid State physics, ed.by K Lark-Horovitz and V.A.Johnson, Academic Press, New York-London, 1959, pp.160) 17 I.A Campbell and A Fert (1982), “Transport properties in ferromagnets” Ferromagnetic Materials, ed By E.P Wohlfarth, North Holland, Amsterdam, vol 3, pp 769 18 L Eckertová (1986), Physics of thin films (second revised edition), Plenum Press, New York and London – SNTL, Publishers of Technical Literature, Prague, pp 78 19 L Kelvin (1884), Mathematiccal and Physical papers, Cambridge Univ Press, London and New York, Vol 2, pp 307 ( “Magnetoresistance” by 22 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc G.L.K Lark-Horovitz and V.A Johnson, Academic Press, New York-London, 1959, pp.160) 20 N.W Ashcroft and N.D Mermin (1976), Solid State Physics, Harcourt Brace Jovanovich College Publishers, Ford Worth – Philadelphia – San Diego – New York – Orlando – Austin – San Antonio – Toronto – Montreal – London – Sydney – Tokyo 21 P Ciureanu and H Gavrila (1990), Magnetic Heads for Digital Recording, Elsevier publisher Amsterdam – Oxford – New York – Tokyo 22 P Ciureanu (1992), “Magnetoresistive Sensors” Thin film resistive ed By P.Ciureanu and S Middelhoke, Institute of Physics Publishing, Bristol, Philadelphia, New York 23 P Kapitza (1929), Proc Roy Soc A123, pp 292 (“ Magnetoresistance” by G.L Pearson, Methods of Experimental Physics, Vol -Part B: Solid State Physics, ed By K Lark-Horovitz and V.A Johnson, Academic Press, New York –London, 1959, pp.160) 24 P Lenard (1890), Ann Physik [3] 39, pp 619 ( “Magnetoresistance” by G.L Pearson, Methods of Experimental Physics, Vol 6-Part B: Solid State Physics, ed By K Lark-Horovitz and V.A Johnson, Academic Press, New York – Lodon, 1959, pp.160) 25 R.I Potter (1974), Phys Rev., B10, p.4226 ( “Magnetoresistive Sensors” by P Ciureanu in Thin film resistive sensors ed by P.Ciureanu and S Middelhoke, Institute of Physics Publishing, Bristol, Philadelphia, New York 1992) 26 W Thomson (1856), “Magnetoresistive sensors” by P Ciureanu in Thin film resistive sensors e.d by P Cireanu and S Middelhoek, Institute of Physics Publishing, Bristol, Philadelphia, New York 1992 23 ... Trên sở đó, đề tài luận văn chọn là: Nghiên cứu từ trở hệ hợp chất La2/ 3Pb1/ 3Mn1-xCoxO3 vùng từ trường thấp Mục đích luận văn tìm hiểu chế hiệu ứng từ trở, số mơ hình giải thích hiệu ứng tiến... nhiệt độ từ độ, điện trở từ trở hợp chất La2/ 3Pb1/ 3Mn1-xCoxO3 vùng từ trường thấp từ 0.0 – 0.4T Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Bích Ngọc Kết cấu luận văn gồm chương sau:  Chương 1: Khái niệm từ trở, ... độ TC hệ mẫu La2/ 3Pb1/ 3Mn1-xCoxO3 12 Luận văn thạc sĩ 3.3 Nguyễn Thị Bích Ngọc STT Mẫu nghiên cứu TC (K) La2/ 3Pb1/ 3MnO3 355 La2/ 3Pb1/ 3Mn0,95Co0,05O3 350 La2/ 3Pb1/ 3Mn0,9Co0,1O3 345 La2/ 3Pb1/ 3Mn0,8Co0,2O3