Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Chế tạo và nghiên cứu vật liệu Multiferroic (LaFeO3-PZT)

Nội dụng chính của bản luận văn gồm 3 chương. Chương 1 - Vật liệu Multiferroic vật liệu Perovskite sắt điện, sắt từ. Chương 2 - Các phương pháp thực nghiệm, trình bày phương pháp chế tạo mẫu và các phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi, tính chất điện và tính chất từ của vật liệu chế tạo được. Chương 3 - Kết quả và thảo luận, trình bày những kết quả chế tạo mẫu, nghiên cứu cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi, tính chất điện và tính chất từ của mẫu đã chế tạo và đưa ra những nhận xét, giải thích kết quả.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ­­­­­­­­­­­­­o0o­­­­­­­­­­­­­ VŨ TÙNG LÂM CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU  MULTIFERROIC LaFeO3 ­ PZT            LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI ­ 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ­­­­­­­­­­­­­o0o­­­­­­­­­­­­­ VŨ TÙNG LÂM CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU  MULTIFERROIC LaFeO3 ­ PZT Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60 44 07               LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. ĐẶNG LÊ MINH HÀ NỘI ­ 2011 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan, bản luận văn này do chính tơi ­ học viên Vũ Tùng   Lâm ­ chun ngành Vật lý chất rắn, Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa   học Tự  nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội hồn thành dưới sự  hướng dẫn  khoa học của PGS.TS. Đặng Lê Minh. Bản luận văn khơng sao chép kết  quả từ bất kỳ các tài liệu nào. Nếu bản luận văn này được sao chép từ bất   kỳ  tài liệu nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước đơn vị  đào tạo và   pháp luật LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành cảm  ơn thầy giáo PGS.TS Đặng Lê   Minh, người  thầy đã tận tình chỉ  bảo em suốt trong quá trình tham gia   nghiên cứu khoa học và làm luận văn tốt nghiệp Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cơ bộ mơn Vật lý chất rắn,  Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã trang bị cho em những   kiến thức cần thiết, cũng như được tạo điều kiện thuận lợi nhất trong học   tập và nghiên cứu khoa học Cuối cùng, em xin gửi lời cảm  ơn đặc biệt tới gia đình và bạn bè   của em, những người đã ln giúp đỡ, động viên, khuyến khích em trong   hai năm học, cũng như trong q trình hồn thành luận văn MỤC LỤC MỤC LỤC .7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 MỞ ĐẦU Vật liệu perovskite ABO3 thuần được phát hiện rất sớm từ đầu thế  kỷ 19, perovskite thuần được biết đến như  là một chất điện mơi, có hằng  số điện mơi lớn và một số trong đó có tính sắt điện, áp điện, như BaTiO 3.  Vật liệu có cấu trúc perovskite đặc trưng ABO3, trong đó A là cation có bán  kính lớn định xứ tại các nút (đỉnh), B là các cation có bán kính nhỏ định xứ  tại tâm của hình lập phương. Từ những năm cuối thế kỷ 20, người ta phát  hiện ra rằng, khi vật liệu perovskite được biến tính, nghĩa là khi một phần   ion ở vị trí A hoặc B được thay thế bằng các ion kim loại có hố trị  khác,   thường       cation   kim   loại   đất     (La,   Nd,   Pr…)     kim   loại   chuyển tiếp (Fe, Mn, Ni, Co…) thì nó xuất hiện các hiệu ứng vật lý lý thú  và hứa hẹn nhiều  ứng dụng giá trị  trong cơng nghiệp điện tử, viễn thơng,    hiệu   ứng   từ   trở   khổng   lồ   (CMR),   hiệu   ứng   từ   nhiệt   khổng   lồ  (CMCE), hiệu ứng nhiệt điện lớn ở nhiệt độ cao (HTME).  Trong những năm gần đây việc tổ hợp hai tính chất sắt  điện và sắt  từ  trên cùng  một  loại  vật   liệu (Vật  liệu Multiferroic)   đang là  một hướng  nghiên cứu mới trên thế  giới cũng như  tại Việt Nam. Vật liệu đó có thể  được sử dụng để chế tạo: thiết bị cộng hưởng sắt từ điều khiển bởi điện   trường, bộ  chuyển đổi với module áp điện có tính chất từ, linh kiện nhớ  nhiều trạng thái, hơn nữa với việc tồn tại cả hai trạng thái sắt điện và sắt  từ  trong  cùng một loại vật liệu có ứng dụng trong việc làm máy phát, máy  truyền và lưu dữ liệu.  Thực chất, vật liệu multiferroics là một dạng vật liệu tổ hợp mà điển  hình là tổ  hợp các tính chất sắt điện­sắt từ, do đó vật liệu   dạng khối  được   ứng dụng làm các cảm biến đo từ  trường xoay chiều với độ  nhạy   cao, các thiết bị phát siêu âm điều chỉnh điện từ, hay các bộ lọc, các bộ dao   động hoặc bộ  dịch pha mà   đó các tính chất cộng hưởng từ  (sắt từ, feri  từ, phản sắt từ ) được điều khiển bởi điện trường thay vì từ trường Đối với các vật liệu dạng màng mỏng, các thơng số trật tự liên kết sắt  điện và sắt từ có thể khai thác để phát triển các linh kiện spintronics (ví dụ   các cảm biến  TMR, hay  spin valve  với các chức năng được điều  khiển bằng  điện trường. Một linh kiện TMR điển hình kiểu này chứa 2   lớp vật liệu sắt từ, ngăn cách bởi một lớp rào thế (dày cỡ 2 nm) là vật liệu   multiferroics. Khi dòng điện tử  phân cực spin truyền qua hàng rào thế, nó   bị  điều khiển bởi điện trường và do đó  hiệu  ứng từ  điện trở  của hệ  màng sẽ  có thể     điều khiển bằng  điện trường  thay vì  từ  trường   Những linh kiện kiểu này sẽ  rất hữu ích cho việc tạo ra các phần tử  nhớ  nhiều trạng thái, mà ở đó dữ liệu có thể được lưu trữ bởi cả độ  phân cực  điện và từ Chính  vì   vậy   chọn  đề  tài  “Chế   tạo    nghiên  cứu  vật  liệu   Multiferroic (LaFeO3­PZT)” làm đề tài cho luận văn với mong muốn được  hiểu biết về loại vật liệu mới này Nội dụng chính của bản luận văn gồm: ­ Mở đầu ­ Chương 1. Vật liệu Multiferroic vật liệu Perovskite sắt điện, sắt  từ ­ Chương 2. Các phương pháp thực nghiệm Trình bày phương pháp chế tạo mẫu và các phương pháp khảo sát cấu trúc  tinh thể, cấu trúc tế vi, tính chất điện và tính chất từ của vật liệu chế tạo   ­ Chương 3. Kết quả và thảo luận Trình bày những kết quả  chế  tạo mẫu, nghiên cứu cấu trúc tinh thể, cấu   trúc tế  vi, tính chất điện và tính chất từ  của mẫu đã chế  tạo và đưa ra  những nhận xét, giải thích kết quả ­ Kết luận Tóm tắt các kết quả đạt được của luận văn ­ Tài liệu tham khảo ­ Phụ lục Chương 1. VẬT LIỆU MULTIFERROIC  VẬT LIỆU PEROVSKITE SẮT ĐIỆN, SẮT TỪ.  1.1. Vài nét về vật liệu Multiferroics 1.1.1. Lịch sử và một số hiểu biết về vật liệu Multiferroic [3, 4] Các vật liệu từ  và điện có tầm quan trọng trong kỹ  thuật  hiện đại.  Thí dụ, vật liệu sắt điện (vật liệu có phân cực điện tự  phát, nó có thể  được thay đổi trạng thái nhờ  điện trường ngồi) được sử  dụng rộng rãi  làm các tụ điện và là cơ sở của bộ nhớ điện (Fe­RAM) trong các máy tính.  Vật liệu được sử  dụng rộng rãi nhất để  ghi và lưu trữ  thơng tin, thí dụ  trong các ổ  cứng, là vật liệu sắt từ (vật liệu có phân cực từ  tự  phát và có  thể  được biến đổi trạng thái từ  thuận nghịch nhờ  từ  trường ngồi). Kỹ  thuật ngày nay có khuynh hướng tiểu hình hóa các thiết bị, dụng cụ nên xu  hướng tích hợp các tính chất từ và điện vào các thiết bị đa chức năng đang  được đặt ra. Vật liệu trong đó các tính chất sắt từ và sắt điện cùng tồn tại   như ta đã biết là vật liệu “đa tính sắt” –“multiferroic”. Vật liệu multiferroic   được quan tâm khơng chỉ vì chúng đồng thời thể hiện các tính chất sắt từ  và sắt điện mà cũng còn do chúng có “hiệu  ứng điện từ”, phân cực từ  và   phân cực điện được tạo ra có thể  được điều khiển bởi cả  từ  trường và   điện trường ngồi. Hiệu ứng này có thể được sử dụng rộng rãi để tạo nên   các thiết bị spintronic mới, thí dụ, các cảm biến từ trở tunel (TMR), các van   spin với chức năng được điều khiển bằng điện trường, và bộ nhớ đa trạng  thái           liệu     ghi     điện   trường     đọc     từ  trường. Tuy nhiên, để  có thể  sử  dụng được dễ  dàng, thuận tiện các linh  kiện đó thì đòi hỏi vật liệu phải có sự liên kết (coupling) điện từ mạnh và  hoạt động ở nhiệt độ phòng.  Hiệu  ứng điện từ  lần đầu tiên được giả  thiết bởi Pierre Curie trong  thế kỷ 19 [3]. Năm 1959, Dzyaloshinskii đã mơ tả hiệu ứng này trong Cr2O3  trên cơ sở xem xét tính đối xứng và Asrov đã khẳng định bằng thực nghiệm  10 chất có tương tác giữa các điện tử trên quỹ đạo d0 của ion Ti+4 với các điện  tử trên quỹ đạo d5 của ion Fe+3 Trên đây mới chỉ  là các nhận xét của chúng tơi về  sự  hình thành liên  kết sắt từ­sắt điện trong hợp chất mà chúng tơi chế  tạo trong khn khổ  hiểu biết ban đầu của chúng tơi cũng như  trong khuôn khổ  của Luận án  Thạc   sỹ   Vấn   đề     chế   liên   kết   sắt   từ­sắt   điện       hợp   chất  composit multiferoic là vấn đề khoa học lý thú cần thiết phải được nghiên  cứu sâu hơn (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 (C) 0.010 M [emu/g] 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000 ­0.002 100 200 300 T(oC) 53 400 500   '( '') 1950 1800 (PZT)0.97(LaFeO3)0.03   ' (PZT)0.97(LaFeO3)0.03  ' TC TN 1650   (b) '' 1500 1350 1200 100 200 300 400 500 600 T(oC) 1050 TN 900 750 100 200 300 400 500 T(oC) Hình 3.20. Tính liên kết sắt điện sắt từ trong mẫu composite (a) Đường M(T)   (b)  Đường  ε ' (T) và   ε '' (T) KẾT LUẬN Đã chế  tạo vật liệu nano­LaFeO 3 bằng phương pháp sol­gel và vật  liệu khối (PZT)  [Pb0.95Sr0.05(Zr0.53Ti0.47)O3] bằng phương pháp gốm.  Trên     sở   hai   hợp   chất   sắt   từ   (nano­LaFeO 3)     sắt   điện  Pb0.95Sr0.05(Zr0.53Ti0.47)O3  đã chế  tạo thành cơng hợp chất composite  (PZT)1­x(LaFeO3)x với x=0.01 và 0.03 bằng phương pháp gốm có một  54 số  bước cơng nghệ  cải tiến (bước nghiền trộn phối liệu bằng máy   khuấy từ) đảm bảo u cầu kỹ  thuật, rút ngắn thời gian chế  tạo  mẫu Các mẫu chế  tạo có cấu trúc tinh thể  và cấu trúc tế  vi tốt thể  hiện  qua các giản đồ nhiễu xạ tia X và ảnh SEM Các kết quả  đo điện và từ  đã cho thấy có sự  đồng tồn tại tính sắt  điện và tính sắt từ  trong mẫu composite PZT­LaFeO 3  và bước đầu  chứng minh có tính liên kết sắt điện­sắt từ  trong vật liệu và chúng   được xem như một vật liệu multiferroic TÀI LIỆU THAM KHẢO * Tiếng Việt: 1. Đào Nguyên Hải Nam­ Luận văn tiến sĩ khoa học Vật lý ­ Viện khoa   học Vật liệu, Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam, Hà Nội – 2001 55 2. Nguyễn Phú Thùy (2001),  Vật lý các hiện tượng từ, NXB ĐHQG Hà  Nội * Tiếng Anh: 3. Nandang Mufti Ph.D Thesis Printed by Facilitair Bedrijf Rug, Groningen,  November 2008 ISBN No: 978­90­367­3673­2   Nicola   A   Hill   Materials   Department,   University   of   California   Santa  Barbara,  CA  93106­5050 5. Yuhuan Xu Ferroelectric Materials and Their application, University of  California Los Angeles, C. A, USA – North­Holland – Amsterdam. London.  Newyork. Tokyo   Anupinder   Singh  nad   Ratnamala   Chatterjee   Applied   Physics   Letter   93,  182908 (2008) 7. D. Talbayev, A.D. LaForge, S.A  Trugman, N.Hur, A.J. Talor, R.D. Averitt  and D.N. Basov Physicl Review Letter  PRL  101, 24760 (2008) 8. T. Katsufuji and H. Takagi, Phys. Rev. B 64, 504415 (2001)   Umut,   Magnetodielectric   Coupling   in   Multiferroic   Transition   Metal  Oxides, PhD Thesis (2008) 10. Yibin Li, Thirumany Srithran, Sam Zhang, Xiodong He, Yang Liu and  Tupeichen Applied Physics letter  92, 132908 (2008) PHỤ LỤC Bài báo tham gia Hội Nghị Khoa Học của Trường Đại Học Khoa học  Tự nhiên Đại Học Quốc Gia Hà Nội và được đăng trên Tạp chí Khoa học   của Đại Học Quốc Gia­ Hà Nội THE ELECTRIC AND MAGNETIC PROPERTIES OF 56 THE MULTIFERROIC (PZT)1­x (LaFeO3)x COMPOUNDS Vu Tung Lam(1), Nguyen Ngoc Dinh(1), Dang Le Minh(1) Nguyen Thi  Thuy(2) (1)  Hanoi University of Science­VNU of Hanoi (2)  Hue Pedagogical University­ Hue University                                        Abstract The (PZT)1­x(LaFeO3)x  compounds were prepared by ceramic method. The  measurements on dielectric constants (ε)   vs. temperature (T), polarization (P)  vs. electric field (E) (electrical hysteresis loop) and magnetization (M) vs. H  curves have shown that the obtained solid solution has high magnetoelectric  coupling and  is a good multiferroic candidate Introduction Multiferroics  are materials  in  which there  is  simultaneously  magnetic  and ferroelectric order. In the past few years the interest for these materials  has been growing rapidly. Though the mechanisms that allow ferroelectricity  and ferromagnetism seem to be incompatible, there are a select few materials  in which ferroelectricity and ferromangetim are both present, namely Cr 2O3,  yttrium­ion­garnets,   boracites,   rare­earth   ferrites   and   manganese­based  perovskites, etc.[1­4] Multiferroic materials have all the potential applications of both their  parent ferroelectric and ferromagnetic materials. In addition, a whole range of  new applications can be envisaged, including multiple state memory elements,  in which data is stored both in the electric and the magnetic polarizations, or  novel memory media which might allow writing of a ferroelectric data bit, and  reading   of   the   magnetic   field   generated   by   association   Aside   from   the  potential   applications,   the   fundamental   physics   of   multiferroic   materials   is  rich and fascinating [5,6] In   this   paper,   some   investigated   results   on   the   electric   and   magnetic  properties of the multiferroic composite compounds of  (PZT) 1­x(LaFeO3)x are  presented  Experimental 57 The   sample   of   (PZT)1­x(LaFeO3)x  is   prepared   as   follows   :   nano­ LaFeO3(B)   was   prepared   by   sol­gel   method   and   PZT   (A)  [Pb0.95Sr0.05(Zr0.53Ti0.47)O3]   was   prepared   by   ceramic   method   The   mixture  powders consisting of A and B with the ratio of  (A) 99 mol % and 97 mol  % ; (B) 1 mol % and 3 mol % mol are pressed into pellets and sintered at  11800C for 5 h and furnace cooling in air. The   polarization(P) vs. electric  field (E) was measured using the measuring systems of Sawyer­Tower circuit    The   M(H)   and   M(T)   curves   were   obtained     by   VSM   The   crystalline  structures   were   examined   by   the   X­ray   diffractometer     D5005­Bruker­ Germany. The morphological images obtained with SEM­S­4800, Hitachi­ Japan        Results and Discussion   1­ PZT 2­ (PZT)0.99(LaFeO3)0.01    202 220  102     210 3­ (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 002    200                      101       110        111   001    100                          Inte ns ity (a.u.) The   X­ray   diffraction   patterns   for   sintered   samples   shown   in   Fig.1  confirms single phase tetragonal structure at room temperature with splitting  in [100], [110], [200], [210] and [211] peaks. The unit cells have the lattice  parameters listed in the table 1 The lattice parameters and ratio c/a is decreased with the increasing of  LaFeO3  concentration. It is suggested that Pb( rion  Pb+2  = 1.26Ǻ) in A­site  could be substituted by Fe ( rionFe+2 = 0.80Ǻ),  it leads to decrease the lattice  parameters of the prepared samples. The electro­mechanic coefficient K p  is  increased from 0.25 to 0.54 in the PZT and (PZT) 0.99(LaFeO3)0.01 , respectively  (Fig.2). SEM images of the samples sintered at 1180 0C can be seen in the  fig.3. Their particle sizes estimated from Fig.3 are around from 5 to 10 µm 20 30 40 50 2θ 60 70 Fig.1   X­ray diffraction patterns for the samples sintered  at 11800C PZT(1); (PZT)0.99(LaFeO3)0.01(2) and (PZT)0.97(LaFeO3)0.03  58 Table 1   Lattice parameters of the samples Lattice  parameters a c c/a PZT (PZT)0.99(LaFeO3)0.01  (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 3.558 4.105 1.154 3.542 3.724 1.052 PZT 18000 30000 Impedance (Ohm) 14000 12000 10000 (a) (b) KP=0.25 8000 6000 4000 Impedance (Ohm) 16000 2000 ­2000 3.559 3.711 1.043 (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 25000 KP=0.54 20000 15000 10000 5000 180000 200000 220000 240000 260000 280000 180000 200000 220000 240000 260000 Frequency (Hz) Frequency (Hz) Fig. 2  The piezoelectric resonance spectra measured on the diameter direction  of the samples : (a) PZT and (b) (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 From Fig.4, it is noted that the increasing of LaFeO 3 concentration leads  to the increasing of  EC and the soft piezoelectric materials became hard one.  (c) (b)(a) Fig.3  SEM images of the samples sintered at 11800C  : (a) PZT; (b) (PZT)0.99(LaFeO3)0.01   and (c) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 59 ­500 ­5 500 ­2000 1000 Driver Voltage E (V/cm) 10 ­1000 0 1000 2000 Drive voltage E ­5 15 10 ­1500 ­1000 ­500 (V/cm) ­10 ­10 (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 15 B (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 polarization( F/cm ) polarization( F/cm ) polarization( C/cm ) ­1000 PZT 10 0 500 ­5 1000 1500 Driver Voltage E (V/cm) ­10 ­15 (a) (b) (c) Fig.4  Polarization(P) vs electric field(E) hysteresis loops for the samples at room  temperature : (a) PZT; (b) (PZT)0.99(LaFeO3)0.01  and (c) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03  εεε PZT 3.0 (c) (b) (a) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 100 200 300 400 500 600 560 540 520 500 480 460 440 420 400 380 (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 13 12 11 10 100 200 300 400 500 100 200 300 400 500 T 0 C T  T 00C C Fig.5  The temperature dependence of dielectric constant ε of the samples :  (a) PZT; (b) (PZT)0.99(LaFeO3)0.01  and (c) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 From Fig.5 it is noted that in Fig.5b and 5c there are two peaks : one is at  about 2500C that could be corresponding to the ferroelectric Curie point of  PZT   (Fig   5a)   and   another   are   at   about   350   and   5000C   that   could   be  corresponding to the ferromagnetic Curie point of  LaFeO3 (Fig.6a)  0.15 (a) (b) 0.15 0.004 0.10 (c) 0.10 300 400 500 600 700 800 T (K) T [K] (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 0.002 0.05 0.00 ­0.05 0.05 0.00 0.006 (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 M(emu/g) 0.20 0.20 LaFeO3 M(emu/g) 0.25 M [emu/g]   0.000 ­0.002 ­0.10 ­0.004 ­0.15 ­0.006 ­1500­1000 ­500 500 1000 1500 H(Oe) ­2000 ­1000 Fig.6   The M(T); M(H) curvers of the samples : LaFeO3 (a) ; (PZT)0.99(LaFeO3)0.01(b)  and (c)  (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 60 1000 2000 H(Oe)     The   M(H)   curves   of   the   samples   (PZT)0.99(LaFeO3)0.01  and  (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 have shown  that they are ferromagnetic behavior Conclusion The (PZT)1­x (LaFeO3)x compounds have been prepared successfully. The  sample have tetragonal structure and the lattice parameters are decreased with  the substitution of LaFeO3 for PZT. The investigation results have shown that  the prepared materials are multiferroic, the ferroelectric and ferromagnetic  behaviors coexist in the same sample Acknowledgement This work was supported by Vietnam’s National Foundation For Science  and Technology Development (NAFOSTED)   References [1]      Yibin Li, Thirumany Sritharan, Sam Zhang, Xiaodong He, Yang Liu  and Tupei Chen          Applied Physics Letters  92, 132908 (2008) [2]      J. Zapata, J. Narvaez, W.Lopen, G.A.Mendoza, P.prieto             Transition on Magnetic, Vol.44, NO 11, Novemberr 2008 [3]    D. Talbayev, A.D. Laforge, S.A. Trugmean, N. Hur, A.J. Taylor, R.D.  Averitt,   D.N.Basov         Physical   Review   Letters   (PRL)   101,   247601  (2008) [4]           X.S Xu, M.Angst, T.V.Brinzari, R.P. Hermann, J.L.Musfeldt, A.D.  Christianson, D.   Mandrus, B.C.Sales     Physical Review Letters (PRL)  101, 227602 (2008) [5]      Anupinder Singh and Ratnamala Chatterjee              Applied Physics Letter 93, 182908 (2008) [6]      Ming Liu, Ogheneunume Obi, Jing lou, Stephen Stoute, Jian Y. Huang          Applied Physics Letters 92, 152504 (2008).   [7]    Nicola A. Hill     Materials Department, University ò California Santa  Barbara, CA 93106­5050 61 [8].  N.V.Du, D.L.Minh, N.Ndinh, N.T.Thuy, N.D.Manh    VNU Journal of  Science, Mathematic – Physics 24, No. 1S, 109, (2008) [9].    Dang Le Minh, Nguyen Minh Tuan,  Nguyen Thi Thuy,  Nguyen Thanh  Trung, Nguyen Phu Thuy  Proceeding SPMS­2009)­Danang 8­ 10/11/2009 p.189       DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phân cực được tạo ra bởi sự đồng tồn tại của trật tự điện  tích và chuỗi mắt xích Ising spin kiểu ↑↑↓↓. Các cation bị dịch chuyển  62 khỏi vị trí tâm của chúng bằng các biến dạng tương  hỗ .13 Hình 1.2 (a) Cơ chế vi mơ của phân cực spin cảm ứng cho mẫu dòng  spin của Katsura và cộng sự. Bức tranh sơ đồ của phân cực điện tích  địa phương được tạo ra bởi spin nghiêng trong chiều ngược kim đồng  hồ (b) và theo chiều kim đồng hồ (c) của cấu trúc spin  xoắn 14 Hình 1.3 (a) Cấu trúc spin hình sin khơng tạo ra sự phân cực. (b) Cấu  trúc spin xoắn trong đó sự phân cực là orthogonal đối với cả hai  trường hợp trục quay spin e3 và vec­tơ sóng  Q 15 Hình 1.4 (a) Dạng spin kiểu E của HoMnO3 trong mặt phẳng ac. (b)  Sự dịch chuyển của Mn (trái) và oxy (phải) trong HoMnO3 kiểu  E .17 Hình 1.5 Cấu trúc perovskite  18 Hình 1.6 Pha cấu trúc và phân cực tự  phát 20 Hình 1.7 Đơmen của vật liệu sắt  điện 21 Hình 1.8 Đường cong  điện 22 Hình 2.1 Nhiễu xạ kế tia X  D5005 24 Hình 2.2 Kính hiển vi điện tử qt JEOL 5410  LV 25 63 Hình 2.3 Thiết bị từ kế mẫu  rung 26 Hình 3.1 Qui trình chế tạo mẫu LaFeO3 bằng phương pháp Sol­ gel…… 28 Hình 3.2 Sơ đồ chế tạo mẫu bằng phương pháp  gốm 29 Hình 3.3 Giản đồ quá trình nung thiêu  kết 30 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu LaFeO3 chế tạo bằng  phương pháp sol­gel nung thiêu kết tại các nhiệt độ 3000C, 5000C, và  7000C trong thời gian  3h 31 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu LaFeO3 chế tạo bằng  phương pháp sol­gel nung thiêu kết tại nhiệt độ 5000C trong thời gian  3h và  10h 32 Hình 3.6 Hình ảnh nhiễu xạ tia X của mẫu. PZT(1); (PZT)0.99(LaFeO3)0.01(2) và (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 (3) thiêu kết tại nhiệt  độ 11800C 33 Hình 3.7 Hình ảnh nhiễu xạ tia X của mẫu PZT(1); (PZT)0.99(LaFeO3)0.01(2) và (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 (3) thiêu kết tại  nhiệt  độ 12100C .33 Hình 3.8 Ảnh SEM của mẫu nano­LaFeO3 được gia nhiệt  ở 7000C  trong  64 3h 34 Hình 3.9 Ảnh SEM của các mẫu (a) PZT; (b) (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 và (c)  (PZT)0.97(LaFeO3)0.03  thiêu kết tại  11800C.  35 Hình 3.10 Ảnh SEM của các mẫu (a) PZT; (b) (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 và  (c) (PZT)0.97(LaFeO3)0.03  thiêu kết tại  12100C   35 Hình 3.11 Đườngcong M(T) của mẫu LaFeO3 nung ở nhiệt độ  7000C .36 Hình 3.12 Đường cong M(H)của mẫu LaFeO3 nung ở nhiệt độ  7000C 36 Hình 3.13 Đường từ trễ của mẫu (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 và   (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 37 Hình 3.14 Đường M(T) của mẫu PZT(a) và (PZT)0.99(LaFeO3)0.01(b) và  (PZT)0.97(LaFeO3)0.03(c) nung thiêu kết tại nhiệt độ 11800C và  12100C 38 Hình 3.15 Đường điện trễ P(E) của mẫu PZT (a) và  (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 (b) (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 (c) và (PZT)0.97(LaFeO3)0.03  (d) ở nhiệt độ 11800C và  12100 .40 Hình 3.16 Phổ cộng hưởng của hai mẫu PZT và  (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 41 Hình 3.17 Sự phụ thuộc nhiệt độ của hằng số điện mơi  ε ' (T) của  mẫu  65 PZT 42 Hình 3.18 Sự phụ thuộc nhiệt độ của hằng số điện mơi  ε ' (T)  ε '' (T)   của mẫu (a)(PZT)0.99(LaFeO3)0.01 nung thiêu kết ở nhiệt độ 11800C (b)(PZT)0.97(LaFeO3)0.03 nung thiêu kết ở nhiệt độ  11800C .42 Hình 3.19 Sự phụ thuộc nhiệt độ của hằng số điện mơi  ε ' (T)  ε '' (T)   của mẫu (c) (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 nung thiêu kết ở nhiệt độ 12100C (d)  (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 nung thiêu kết ở nhiệt độ  12100C 43 Hình 3.20 Tính liên kết sắt điện sắt từ trong mẫu composite. (a)  Đường M(T) (b)  Đường  ε ' (T) và   ε '' (T) 45 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Hằng số mạng, thể tích ơ cơ sở của các mẫu LaFeO3 nung  thiêu kết tại các nhiệt độ 5000C/ 10h và 7000C/  3h 32 Bảng 3.2 Hằng số mạng của hệ mẫu PZT; (PZT)0.99(LaFeO3)0.01 và  (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 nung thiêu kết  tại nhiệt độ 11800C và  12100C .34 Bảng 3.3 Thông số đường từ trễ của mẫu nano­ LaFeO3 36 Bảng 3.4 Các thông số đường từ trễ của hệ mẫu (PZT)0.99(LaFeO3)0.01  và  66 (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 37 Bảng 3.5 Thông số điện trễ của hệ mẫu (PZT); (PZT)0.99(LaFeO3)0.01  và (PZT)0.97(LaFeO3)0.03 nung thiêu kết tại nhiệt độ  11800C 40 67 ... Tóm tắt các kết quả đạt được của luận văn ­ Tài liệu tham khảo ­ Phụ lục Chương 1. VẬT LIỆU MULTIFERROIC  VẬT LIỆU PEROVSKITE SẮT ĐIỆN, SẮT TỪ.  1.1. Vài nét về vật liệu Multiferroics 1.1.1. Lịch sử và một số hiểu biết về vật liệu Multiferroic [3, 4]... TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ­­­­­­­­­­­­­o0o­­­­­­­­­­­­­ VŨ TÙNG LÂM CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU MULTIFERROIC LaFeO3 ­ PZT Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60 44 07               LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC... điện và sắt  từ  trên cùng  một  loại vật   liệu (Vật liệu Multiferroic)   đang là  một hướng  nghiên cứu mới trên thế  giới cũng như  tại Việt Nam. Vật liệu đó có thể  được sử dụng để chế tạo:  thiết bị cộng hưởng sắt từ điều khiển bởi điện