Nghiên cứu từ trở của hệ hợp chất La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 trong vùng từ trường thấp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN o0o NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC NGHIÊN CỨU TỪ TRỞ CỦA HỆ HỢP CHẤT La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 TRONG VÙNG TỪ TRƢỜNG THẤP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Vật lý Nhiệt Mã số: 60 44 09 Cán hƣớng dẫn: GS.TS Nguyễn Huy Sinh Hà Nội - 2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: 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 1.2 Điện trở từ điện trở kim loại 1.3 Một số loại hiệu ứng từ trở 1.3.1 Hiệu ứng từ điện trở thường (OMR – Ordinary Magnetoresistance Effect) .9 1.3.2 Hiệu ứng từ trở dị thường AMR (Anisotropic Magnetoresistance Effect) 10 1.3.3 Hiệu ứng từ điện trở xuyên ngầm (Tunneling Magnetoresistance' - TMR) 11 1.3.4 Từ điện trở dị hướng xung kích (Ballistic Anisotropy Magnetoresistance BAMR) 11 1.3.5 Từ điện trở khổng lồ (Giant Magnetoresistance Effect - GMR) 12 1.3.6 Từ điện trở siêu khổng lồ (Colossal Magnetoresistance - CMR) 13 1.4 Một số mơ hình giải thích chế hiệu ứng từ trở 14 1.4.1 Giải thích theo mơ hình hai dòng 15 1.4.2 Giải thích theo mơ hình cấ u trúc dải 16 1.4.3 Giải thích theo mơ hình chuỗi rào 18 1.4.4 Giải thích mơ hình mạng điện trở (mơ hình đơn giản) .19 1.5 Một số đặc trưng GMR 19 1.5.1 Ảnh hưởng yếu tố cấu trúc tạp chất 19 1.5.2 Sự phụ thuộc GMR vào chiều dày lớp 20 1.6 Hiệu ứng từ trở khổng lồ vật liệu perovskite manganite 22 Chương 2: THỰC NGHIỆM 23 2.1 Chế tạo mẫu 23 2.2 Đo điện trở phụ thuộc nhiệt độ 27 2.3 Đo từ trở .29 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Kết đo nhiễu xạ tia X (XPD) .33 3.2 Từ độ phụ thuộc nhiệt độ hệ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 35 3.3 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 40 3.4 Từ trở vùng từ trường thấp (H=0.00.4T) hệ La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0.00  0.30) 46 KẾT LUẬN .52 TÀI LIỆU THAM KHẢO .53 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU Các chữ viết tắt AFM : Phản sắt từ CMR : Từ trở khổng lồ CO : Trật tự điện tích DE : Trao đổi kép FC : Làm lạnh từ trường FM : Sắt từ PM : Thuận từ SE : Siêu trao đổi XPD : Nhiễu xạ tia X ZFC : Làm lạnh không từ trường Các ký hiệu MFC : Từ độ mẫu sau làm lạnh từ trường MZFC : Từ độ mẫu sau làm lạnh không từ trường TC : Nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ (nhiệt độ Curie) TP : Nhiệt độ chuyển pha kim loại - điện môi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Các tham số mạng, thể tích ô sở, thừa số dung hạn (τ) mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 Bảng 3.2: Giá trị nhiệt độ TC hệ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 Bảng 3.3 : Nhiệt độ chuyển pha kim loại – bán dẫn/điện môi mẫu nghiên cứu tác dụng từ trường Bảng 3.4 : Giá trị số Ro lượng kích hoạt Eg Bảng 3.5 : Giá trị CMR cực đại nhiệt độ xác định mẫu La2/3Pb1/3MnO3 Bảng 3.6 : Giá trị CMR cực đại nhiệt độ xác định mẫu La2/3Pb1/3Mn0.95Co0.05O3 Bảng 3.7 : Giá trị CMR cực đại nhiệt độ xác định mẫu La2/3Pb1/3Mn0.9Co0.1O3 Bảng 3.8 : Giá trị CMR cực đại nhiệt độ xác định mẫu La2/3Pb1/3Mn0.8Co0.2O3 Bảng 3.9 : Giá trị CMR cực đại nhiệt độ xác định mẫu La2/3Pb1/3Mn0.7Co0.3O3 Bảng 3.10 : Tỷ số CMR(%) cực đại mẫu DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 : Sơ đồ số đặc điểm cấu trúc vùng mật độ trạng thái (DOS) kim loại sắt từ Hình 1.2: sơ đồ mạch điện tương đương điện trở suất kim loại sắt từ Hình 1.3: Sự phụ thuộc  vào H từ trường song song từ trường vng góc với dịng điện Với ρs// ρs┴ giá trị bão hịa Hình 1.4: Sơ đồ đơn giản minh họa chế tán xạ điện tử với spin khác màng mỏng từ đa lớp có từ trường ngồi (a) khơng có từ trường ngồi (b) Hình 1.5: Sơ đồ mật độ trạng thái (DOS) điện tử cấu trúc lớp lớp trình chuyển dời điện tử phụ thuộc spin qua cấu trúc lớp với cấu hình xếp phản song song a) song song b) từ độ lớp Hình 1.6: tương đương hệ màng mỏng đa lớp với chuỗi rào khác điện tử có spin khác lớp từ có cấu hình từ độ phản song song a) song song b) Hình 1.7: Sự phụ thuộc cường độ tương tác trao đổi vào chiều dày lớp phi từ Hình 2.1: Quá trình khuyếch tán hai kim loại A B Hình 2.2: Sơ đồ chi tiết hệ đo điện trở phương pháp bốn mũi dị Hình 2.3: Sơ đồ hệ đo từ trở phương pháp bốn mũi dị Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x =0.00-0.30) Hình 3.2: Đường cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x=0.00) Hình 3.3: Đường cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x=0.05) Hình 3.4: Đường cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x=0.10) Hình 3.5: Đường cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x=0.20) Hình 3.6: Đường cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x=0.30) Hình 3.7: Đường cong TC phụ thuộc nồng độ pha tạp x Hình 3.8: Điện trở phụ thuộc nhiệt độ mẫu x = 0.00 trường hợp từ trường H = 0.0T 0.4T Hình 3.9: Điện trở phụ thuộc nhiệt độ mẫu x = 0.05 trường hợp từ trường H = 0.0T 0.4T Hình 3.10: Điện trở phụ thuộc nhiệt độ mẫu x = 0.10 trường hợp từ trường H = 0.0T 0.4T Hình 3.11: Điện trở phụ thuộc nhiệt độ mẫu x = 0.20 x = 0.30 trường hợp từ trường H = 0.0T 0.4T Hình 3.12 : Kết đo CMR(H)T mẫu La2/3Pb1/3MnO3 Hình 3.13 : Kết đo CMR(H)T mẫu La2/3Pb1/3Mn0.95Co0.05O3 Hình 3.14 : Kết đo CMR(H)T mẫu La2/3Pb1/3Mn0.9Co0.1O3 Hình 3.15: Kết đo CMR(H)T mẫu La2/3Pb1/3Mn0.8Co0.2O3 Hình 3.16: Kết đo CMR(H)T mẫu La2/3Pb1/3Mn0.7Co0.3O3 Hình 3.17: Đường cong CMRmax phụ thuộc nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0.00 – 0.30) Hình 3.18:Sự phụ thuộc tỷ số CMR max(%) vào nồng độ pha tạp Co MỞ ĐẦU 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 khơng 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 dịng điện, ngày quan tâm tới spin 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 ngồi 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 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 dịng 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] - 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 nên gần tiến đến trùng Nguyên nhân gây tượng nhiệt độ đủ thấp tương tác DE trở nên thống trị, trật tự sắt từ thiết lập, làm cho điện tử eg trở nên linh động méo mạng Jahn-Teller biến Các yếu tố làm cho điện trở mẫu giảm xuống nhỏ ổn định có từ trường tác dụng lên mẫu Trong vùng nhiệt độ cao (T > TP), dao động nhiệt chiếm ưu thế, spin điện tử xếp hỗn độn nên từ trường ngồi H = 0.4 T khơng đủ mạnh để làm thay đổi độ lớn điện trở mẫu Từ hình 3.8 chúng tơi cịn nhận thấy: Khi đặt từ trường H = 0.4T vào mẫu giá trị cực đại điện trở dịch chuyển phía nhiệt độ cao Điều từ trường ngồi có tác dụng định hướng mơmen từ điện tử theo hướng từ trường, dẫn đến trạng thái sắt từ thiết lập trở nên chiếm ưu sớm so với trường hợp mẫu không chịu tác dụng từ trường Trong trạng thái có từ trường, trật tự sắt từ thiết lập sớm đồng nghĩa với việc mẫu chuyển từ trạng thái dẫn điện kiểu bán dẫn sang kim loại nhiệt độ cao so với trường trường hợp khơng có từ trường TP = 247K TP = 251K T (K) Hình 3.9: Điện trở phụ thuộc nhiệt độ mẫu x = 0.05 trường hợp từ trường H = 0.0T H = 0.4T 0.7 T =190K TP=198K TPP =190 K 0.6 TP=198 K 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 TP = 198 K từ trường H = 0.4 T Hình 3.11: Điện trở phụ thuộc nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0.2 x = 0.3) trường hợp từ trường H = 0.0T H = 0.4T 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:  Không 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 mơi) 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 khớp số liệu R(T) với hàm bán dẫn : R  R Oe Trong : k BT (*) R điện trở mẫu() , T nhiệt độ (K) R0 số Eg độ rộng vùng cấm (eV), cịn gọi lượng kích hoạt kB số Boltzmann (kB = 8.617.10-5 eV/K) Từ phương trình (*) chúng tơi xác định độ rộng vùng cấm Eg Lấy logarit vế phương trình (*) ta được: lnR = lnR0 + Eg/kB 1/T (**) Đặt : lnR = y, 1/T = x ta hàm tuyến tính : y = lnR0 + Eg/kB x 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 Ngoài dùng phép xấp xỉ hàm y  C.e x 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 Mẫu La2/3Pb1/3Mn0,7Co0,3O3 H=0T H = 0,4 T 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 bảng 3.4 nhận thấy : khơng có từ trường, độ rộng vùng cấm 0.091 eV, có từ trường tác dụng (H = 0.4T) độ rộng vùng cấm mẫu giảm xuống 0.084 eV mẫu pha tạp 20% Co Do xác suất để chuyển điện tử từ trạng thái lượng vùng hoá trị lên trạng thái lượng nằm vùng dẫn tăng lên Kết hợp chất có nhiều điện tử dẫn làm cho điện trở mẫu giảm có tác dụng từ trường Khi tăng nồng độ Co từ 20% lên 30% làm độ rộng vùng cấm tăng, nghĩa xác suất để chuyển điện tử từ trạng thái lượng vùng hoá trị lên trạng thái lượng nằm vùng dẫn giảm dẫn đến điện trở tăng lên 3.4 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 hệ 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 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 tỉ số CMR tăng theo từ trường Từ đường cong CMR phụ thuộc vào từ trường, xác định giá trị từ trở cực đại nhiệt độ xác định mẫu Các giá trị đưa bảng 3.5 đến 3.9 Bảng 3.5: Giá trị CMR cực đại nhiệt độ xác định mẫu La2/3Pb1/3MnO3 T (K) 126 CMRmax (%) 10,96 145 165 183 210 220 9,67 7,26 6,26 4,70 4,03 Bảng 3.6: Giá trị CMR cực đại nhiệt độ xác định mẫu La2/3Pb1/3Mn0.95Co0,05 O3 T (K) 125 CMRmax (%) 11,47 155 193 217 230 269 9,27 6,32 5,00 4,16 3,20 Bảng 3.7: Giá trị CMR cực đại nhiệt độ xác định mẫu La2/3Pb1/3Mn0.9Co0,10 O3 T (K) 130 141 155 195 209 240 CMRmax (%) 8,78 8,08 6,94 5,40 3,93 2,98 Bảng 3.8: Giá trị CMR cực đại nhiệt độ xác định mẫu La2/3Pb1/3Mn0.8Co0,20O3 T (K) 130 140 150 175 197 248 CMRmax (%) 6,16 5,72 5,08 4,20 3,70 1,40 Bảng 3.9: Giá trị CMR cực đại nhiệt độ xác định mẫu La2/3Pb1/3Mn0.7Co0,30O3 T (K) 125 132 141 178 190 200 CMRmax (%) 4,4 4,21 3,91 3,40 2,60 2,10 Từ kết thu bảng 3.5 đến bảng 3.9 xây dựng đường cong CMRmax phụ thuộc vào nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn1xCoxO3 (x = 0.00 – 0.30) hình 3.17 Từ đường cong hình 3.17 nhận thấy rằng: tỉ số CMRmax giảm dần nhiệt độ tăng tất mẫu khảo sát Kết giải thích sau: Trong vùng nhiệt độ khảo sát, từ trường nhỏ H = 0.4T không gây ảnh hưởng nhiều tới định hướng môment từ mẫu nhiệt độ tăng lên khơng làm thay đổi đáng kể giá trị điện trở mẫu có từ trường khơng có từ trường Vì từ trở mẫu giảm nhiệt độ tăng Thêm vào cực đại đường cong điện trở trường hợp có từ trường lệch chút phía nhiệt độ cao so với trường hợp khơng có từ trường Các đường cong từ trở cịn cho thấy nhiệt độ cao phụ thuộc CMR vào nhiệt độ trở nên tuyến tính nhiệt độ xác định, giá trị từ trở cực đại giảm dần nồng độ pha tạp Co tăng lên Hình 3.17: Đường cong CMRmax phụ thuộc nhiệt độ mẫu La2/3Pb1/3Mn1-xCoxO3 (x = 0.00 – 0.30) Bảng 3.10 đưa giá trị từ trở cực đại xác định mẫu qua phép đo từ trở nhiệt độ xác định vùng từ trường 0.0T - 0.4T 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 thuộc tỷ max(%) vào pha tạp Co phụ số CMR nồng độ 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 TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 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 6-Part 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 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