Nghiên cứu tính chất từ và quang học của vật liệu BaTiO3 pha tạp Fe tại vùng biên pha cấu trúcNghiên cứu tính chất từ và quang học của vật liệu BaTiO3 pha tạp Fe tại vùng biên pha cấu trúcNghiên cứu tính chất từ và quang học của vật liệu BaTiO3 pha tạp Fe tại vùng biên pha cấu trúcNghiên cứu tính chất từ và quang học của vật liệu BaTiO3 pha tạp Fe tại vùng biên pha cấu trúcNghiên cứu tính chất từ và quang học của vật liệu BaTiO3 pha tạp Fe tại vùng biên pha cấu trúcNghiên cứu tính chất từ và quang học của vật liệu BaTiO3 pha tạp Fe tại vùng biên pha cấu trúcNghiên cứu tính chất từ và quang học của vật liệu BaTiO3 pha tạp Fe tại vùng biên pha cấu trúcNghiên cứu tính chất từ và quang học của vật liệu BaTiO3 pha tạp Fe tại vùng biên pha cấu trúcNghiên cứu tính chất từ và quang học của vật liệu BaTiO3 pha tạp Fe tại vùng biên pha cấu trúcNghiên cứu tính chất từ và quang học của vật liệu BaTiO3 pha tạp Fe tại vùng biên pha cấu trúc
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ NGỌC MAI NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ VÀ QUANG HỌC CỦA VẬT LIỆU BaTiO3 PHA TẠP Fe TẠI VÙNG BIÊN PHA CẤU TRÚC LUẬN VĂN THẠC SĨ QUANG HỌC THÁI NGUYÊN, 5/2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI KHOA HỌC NGUYỄN THỊ NGỌC MAI NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ VÀ QUANG HỌC CỦA VẬT LIỆU BaTiO3 PHA TẠP Fe TẠI VÙNG BIÊN PHA CẤU TRÚC Chuyên ngành: Quang học Mã số: 844 01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUANG HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN ĐĂNG THÁI NGUYÊN, 5/2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết nghiên cứu trung thực chưa công bố cơng trình khác Thái Ngun, tháng năm 2018 Học viên Nguyễn Thị Ngọc Mai Xác nhận Xác nhận trƣởng khoa chuyên môn giảng viên hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Văn Đăng i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Đăng - người nhiệt tình, tận tâm hướng dẫn tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Đồng cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa Vật lý Công nghệ trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên giảng dạy tạo điều kiện giúp đỡ Tôi xin gửi lời cảm ơn trân thành tới NCS.ThS Nguyễn Thị Dung NCS.ThS Lê Thị Tuyết Ngân hỗ trợ tơi q trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn người thân, bạn bè, đồng nghiệp khích lệ, giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Thái Nguyên, tháng năm 2018 Học viên Nguyễn Thị Ngọc Mai ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii MỞ ĐẦU Phương pháp nghiên cứu: Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu BaTiO3 1.2 Một số tính chất điển hình vật liệu BaTiO3 1.2.1 Tính chất điện môi vật liệu BaTiO3 1.2.2 Tính chất sắt điện sắt từ vật liệu BaTiO3 1.2.3 Một số đặc trưng quang học vật liệu BaTiO3 1.3 Một số kết nghiên cứu vật liệu BaTiO3 pha tạp Fe 1.3.1 Sự chuyển pha cấu trúc từ tứ giác sang lục giác vật liệu BaTi1-xFexO3 1.3.2 Tính chất sắt điện, sắt từ vật liệu BaTi1-xFexO3 11 Chƣơng CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 15 2.1 Chế tạo vật liệu phương pháp phản ứng pha rắn 15 2.2 Các phương pháp phân tích thành phần, cấu trúc khảo sát tính chất vật liệu 16 2.2.1 Phân tích thành phần hóa học phổ tán sắc lượng 16 2.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 17 2.2.3 Phương pháp đo phổ hấp thụ 18 2.2.4 Phương pháp đo phổ huỳnh quang 19 2.2.5 Phép đo phổ cộng hưởng spin điện tử 19 iii 2.2.6 Phương pháp đo tính chất từ vật liệu 20 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21 3.1 Kết phân tích thành phần phổ tán sắc lượng (EDS) 21 3.2 Kết phân tích cấu trúc phương pháp nhiễu xạ tia X 22 3.3 Kết khảo sát tính chất hấp thụ ánh sáng vùng khả kiến hồng ngoại (UV-Vis) vật liệu 24 3.4 Kết nghiên cứu phổ huỳnh quang vật liệu 26 3.5 Kết đo phổ cộng hưởng spin điện tử vật liệu 28 3.6 Kết khảo sát tính chất từ vật liệu 29 KẾT LUẬN 33 I Các kết đạt 33 II Hướng nghiên cứu 34 III Bài báo công bố 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU Các chữ viết tắt BTFO : hệ vật liệu BaTi1-xFexO3 BTO : BaTiO3 EDS : phổ tán sắc lượng ESR : phổ cộng hưởng spin điện tử FeRAMs : nhớ truy cập ngẫu nhiên sở vật liệu sắt điện FM : sắt từ MRAMs : nhớ truy cập ngẫu nhiên từ tính h-BTO : cấu trúc hexagonal BaTiO3 PM : thuận từ PPMS : Physical Property Measurement System t-BTO : cấu trúc tetagonal BaTiO3 XRD : nhiễu xạ tia X Các ký hiệu (ν) : hệ số hấp thụ vùng khả kiến : góc nhiễu xạ : bước sóng 3d : kim loại chuyển tiếp A : vị trí ion đất cấu trúc perovskite ABO3 B : vị trí ion kim loại chuyển tiếp cấu trúc perovskite ABO3 Ba(1) Ba(2) : barium vị trí vị trí mạng dhkl : khoảng cách mặt phẳng mạng v d : độ dày mẫu I0(ν) : cường độ ánh sáng truyền tới mẫu I(ν) : cường độ ánh sáng truyền qua mẫu E : điện trường Eg : độ rộng vùng cấm Ec : lực kháng điện H : từ trường HC : lực kháng từ M : từ độ O(1) O(2) : ơxy vị trí vị trí mạng P : độ phân cực T : nhiệt độ t : thời gian TC : nhiệt độ chuyển pha sắt điện - thuận điện Ti(1) Ti(2) : titanate vị trí vị trí mạng Một số thuật ngữ đƣợc dịch từ tiếng Anh sử dụng luận án multiferroics : vật liệu đa pha điện từ orbital : quỹ đạo DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Tỷ lệ hai pha cấu trúc t-BTO h-BTO vật liệu BaTi1xFexO3 11 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Cấu trúc mạng perovskite lý tưởng Hình 1.2: Quá trình chuyển pha cấu trúc nhiệt độ chuyển pha vật liệu BaTiO3 Hình 1.3 Phần thực số điện môi tổn hao điện môi phụ thuộc nhiệt độ tần số BaTiO3 Hình 1.4 Sự phụ thuộc số điện môi vào nhiệt độ BaTiO (a) Vật liệu khối với kích thước hạt khác nhau; (b) Màng mỏng với kích thước hạt khác Hình 1.5 Sự biến thiên độ phân cực tự phát theo nhiệt độ BTO Hình 1.6 Sự thay đổi đường trễ sắt điện BTO theo nhiệt độ Hình 1.7 Đường trễ sắt điện màng mỏng BTO với điện cực SRO phủ đế DSO GSO Hình nhỏ bên trái đường trễ sắt điện đơn tinh thể BTO để so sánh Hình 1.8 Đường cong từ trễ điện trễ hạt BaTiO3 với kích thước 40 nm 300 nm nhiệt độ phòng Hình 1.9 (a) Phổ hấp thụ mẫu BTO, BTO +1.0 wt.% Fe2O3 Fe2O3 (b) Mơ hình cấu trúc vùng lượng BTO Hình 1.10 Tính sắt từ vật liệu nano BTO tăng mạnh, sau chiếu xạ UV Hình 1.11 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu BaTi1-xFexO3 (0 ≤ x ≤ 0,10) 10 Hình 1.12 Tỷ lệ hai pha cấu trúc vật liệu BaTi1-xFexO3 thay đổi theo nồng độ thay Fe (x) 11 Hình 1.13 (a) Đường trễ sắt điện; (b)Từ độ phụ thuộc nhiệt độ mẫu gốm BaTi0.95Fe0.05O3, hình nhỏ phía đường từ trễ đo nhiệt độ phòng 12 Hình 1.14 (a) Đường trễ sắt điện, (b) đường trễ sắt từ vật liệu Ba(Ti1xFex)O3 nhiệt độ phòng 13 vii Hình 1.15 Đường trễ sắt điện sắt từ vật liệu nano Ba(Ti 1-xFex)O3 (x = 0; 0.1;1.5 2%) nhiệt độ phòng 14 Hình 2.1 Quy trình chế tạo phương pháp phản ứng pha rắn 15 Hình 2.2 Giản đồ nung sơ (a) thiêu kết (b) sử dụng để chế tạo mẫu nghiên cứu 16 Hình 2.3 Nguyên lý phương pháp phân tích phổ EDS 17 Hình 3.1 Phổ tán sắc lượng số mẫu đại diện cho hệ mẫu BaTi1-xFexO3 (với x = 0,0, 0,08 0,18) 21 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu BaTi1-xFexO3 (0,0 ≤ x ≤ 0,18) (o) : đỉnh đặc trưng pha từ giác; (▪): đỉnh đặc trưng pha lục giác) 23 Hình 3.3 Tỷ lệ hai pha cấu trúc vật liệu BaTi 1-xFexO3 thay đổi theo nồng độ thay Fe (x) 24 Hình 3.4 Phổ hấp thụ vật liệu BaTi1-xFexO3 (0,0 ≤ x ≤ 0,18) 25 Hình 3.5 Phổ huỳnh quang số mẫu đại diện cho hệ BaTi 1-xFexO3 (0,0 ≤ x ≤ 0,18) 27 Hình 3.6 Phổ ESR số mẫu đại diện cho hệ BaTi1-xFexO3 (0,0 ≤ x ≤ 0,18) 28 Hình 3.7 Đường cong từ trễ vật liệu BaTi1-xFexO3 (0,0 ≤ x ≤ 0,18) 31 viii ...ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI KHOA HỌC NGUYỄN THỊ NGỌC MAI NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ VÀ QUANG HỌC CỦA VẬT LIỆU BaTiO3 PHA TẠP Fe TẠI VÙNG BIÊN PHA CẤU TRÚC Chuyên ngành: Quang học Mã số:... 1.2.2 Tính chất sắt điện sắt từ vật liệu BaTiO3 1.2.3 Một số đặc trưng quang học vật liệu BaTiO3 1.3 Một số kết nghiên cứu vật liệu BaTiO3 pha tạp Fe 1.3.1 Sự chuyển pha cấu trúc từ. .. Phương pháp nghiên cứu: Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu BaTiO3 1.2 Một số tính chất điển hình vật liệu BaTiO3 1.2.1 Tính chất điện mơi vật liệu BaTiO3