Vật lý chất rắn, Tính chất từ, Vật liệu, Vật liệu perovskite

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ KHÁNH VÂN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ CỦA HỆ VẬT LIỆU (RE)1-xBaxMnO3 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ KHÁNH VÂN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ CỦA HỆ VẬT LIỆU (RE)1-xBaxMnO3 Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số : 60440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS NGÔ THU HƢƠNG Hà Nội – 2015 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng kính trọng lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Ngô Thu Hương, Bộ môn Vật lý Chất rắn, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, người tận tình bảo, hướng dẫn em suốt thời gian em thực khóa luận Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Văn Vũ, giám đốc Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, anh Nguyễn Duy Thiện, Nguyễn Quang Hịa, Sái Cơng Doanh tạo điều kiện thuận lợi cho em trình làm thực nghiệm thực phép đo trung tâm Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới chị Nguyễn Thị Mỹ Đức – NCS khóa 2014 - 2017 chị Lưu Hồng Anh Thư - học viện khóa 2012 – 2014 Vật lý chất rắn, Đại học Khoa học Tự nhiên giúp đỡ, đóng góp nhiều kinh nghiệm ý kiến cho em trình thực luận văn Bản luận văn thực Bộ môn Vật lý Chất rắn – Khoa Vật lý (Trường Đại học Khoa học tự nhiên) Phần thực nghiệm luận văn hoàn thành cở sở sử dụng thiết bị nhiễu xạ kế tia X Bruker D5005 thiết bị Nova Nano SEM – 450 – FEI khoa Vật Lý Cuối cùng, xin gửi tất tình cảm lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè, người ln động viên, khích lệ tạo điều kiện tốt giúp em hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 03 tháng 12 năm 2015 Nguyễn Thị Khánh Vân MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PEROVSKITE VÀ (RE)1-xBaxMnO3 1.1 Cấu trúc tinh thể perovskite 1.2 Tính chất vật liệu perovskite 1.3 Sự tách mức lƣợng trƣờng tinh thể bát diện 1.4 Hiệu ứng méo mạng Jahn-Teller 1.5 Tƣơng tác trao đổi 1.5.1 Tƣơng tác siêu trao đổi 1.5.2 Tƣơng tác trao đổi kép 11 1.5.3 Sự cạnh tranh hai loại tƣơng tác vật liệu manganite pha tạp.13 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 18 2.1 Chế tạo mẫu 18 2.2 Các phép đo khảo sát tính chất cấu trúc tính chất từ: 20 2.2.1 Phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) 20 2.2.2 Phép đo hiển vi điện tử quét (SEM) 23 2.2.3 Phép đo tính chất từ: 24 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Hệ REMnO3 (RE = La, Pr, Nd) 27 3.1.1 Tính chất cấu trúc hệ REMnO3 (RE = La, Pr, Nd) 27 3.1.2 Tính chất từ hệ REMnO3 (RE = La, Pr, Nd) 30 3.2 Hệ (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 38 3.2.1 Tính chất cấu trúc hệ (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 38 3.2.2 Tính chất từ hệ (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 44 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc perovskite lý tƣởng (a) xếp bát diện cấu trúc perovskite lý tƣởng (b) Hình 1.2 Các quỹ đạo eg điện tử 3d trƣờng tinh thể bát diện Hình 1.3 Các quỹ đạo t2g điện tử 3d trƣờng tinh thể bát diện Hình 1.4 Mơ tả tách mức d ion Mn3+.ECF (CF – crystal field: trƣờng tinh thể) = eV, EJT (JT –Jahn-Teller) = 1,5 eV Hình 1.5 Méo mạng Jahn - Teller kiểu 1(a) kiểu 2(b) Hình 1.6 Mơ hình tƣơng tác siêu trao đổi 11 Hình 1.7 Tƣơng tác „„trao đổi kép‟‟ cation Mn3+ Mn4+ với anion O2- trung tâm 12 Hình 1.8 Mơ tả tồn vùng a) sắt từ phản sắt từ b) vùng phản sắt từ sắt từ 14 Hình 1.9 Cấu trúc a) lập phƣơng b) orthorhombic 15 Hình 2.1 Giản đồ nung mẫu REMnO3 (RE)1-xBaxMnO3 19 Hình 2.2 Hiện tƣợng nhiễu xạ tia X tinh thể 21 Hình 2.3 Hệ nhiễu xạ kế tia X Bruker D5005 .22 Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo nguyên tắc hoạt động hiển vi điện tử quét (SEM) 23 Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo hệ đo từ kế mẫu rung 25 Hình 2.6 Thiết bị từ kế mẫu rung VSM 880 TTKHVL 26 Hình 3.1 Phổ nhiễu xạ tia X hệ REMnO3 (RE = La, Pr, Nd) .27 Hình 3.2 Ảnh SEM hệ REMnO3 (RE = La, Pr, Nd) .30 Hình 3.3 Sự phụ thuộc từ độ vào từ trƣờng hệ REMnO3 nhiệt độ phòng .31 Hình 3.4 Sự phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ hệ REMnO3 32 Hình 3.5 Sự phụ thuộc độ cảm từ vào nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu LaMnO3 .34 Hình 3.6 Sự phụ thuộc độ cảm từ vào nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu PrMnO3 34 Hình 3.7 Sự phụ thuộc độ cảm từ vào nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu NdMnO3 .35 Hình 3.8 Đƣờng dχ/dt hệ REMnO3 (RE = La, Pr, Nd) 36 Hình 3.9 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu (La0,5Pr0,5)MnO3 38 Hình 3.10 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu (La0,5Pr0,5)0,9Ba0,1MnO3 38 Hình 3.11 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu (La0,5Pr0,5)0,8Ba0,2MnO3 39 Hình 3.12 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu (La0,5Pr0,5)0,7Ba0,3MnO3 39 Hình 3.13 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu (La0,5Pr0,5)0,4Ba0,6MnO3 40 Hình 3.14 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu (La0,5Pr0,5)0,5Ba0,5MnO3 40 Hình 3.15 Phổ nhiễu xạ tia X hệ (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 41 Hình 3.16 Ảnh SEM hệ mẫu (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 44 Hình 3.17 Sự phụ thuộc từ độ vào từ trƣờng mẫu (La0,5Pr0,5)MnO3 nhiệt độ phòng .45 Hình 3.18 Sự phụ thuộc từ độ vào từ trƣờng mẫu (La0,5Pr0,5)0,9Ba0,1MnO3 nhiệt độ phòng 45 Hình 3.19 Sự phụ thuộc từ độ vào từ trƣờng mẫu (La0,5Pr0,5)0,8Ba0,2MnO3 nhiệt độ phòng 46 Hình 3.20 Sự phụ thuộc từ độ vào từ trƣờng mẫu (La0,5Pr0,5)0,7Ba0,3MnO3 nhiệt độ phòng 46 Hình 3.21 Sự phụ thuộc từ độ vào từ trƣờng mẫu (La0,5Pr0,5)0,6Ba0,4MnO3 nhiệt độ phòng 47 Hình 3.22 Sự phụ thuộc từ độ vào từ trƣờng mẫu (La0,5Pr0,5)0,5Ba0,5MnO3 nhiệt độ phòng 47 Hình 3.23 Sự phụ thuộc từ độ vào từ trƣờng hệ mẫu (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 nhiệt độ phòng 48 Hình 3.24 Sự phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ hệ mẫu (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 .50 Hình 3.25 Sự phụ thuộc độ cảm từ theo nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu (La0,5Pr0,5)MnO3 50 Hình 3.26 Sự phụ thuộc độ cảm từ theo nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu (La0,5Pr0,5)0.9Ba0.1MnO3 51 Hình 3.27 Sự phụ thuộc độ cảm từ theo nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu (La0,5Pr0,5)0.8 Ba0.2MnO3 .51 Hình 3.28 Sự phụ thuộc độ cảm từ theo nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu (La0,5Pr0,5)0.7 Ba0.3MnO3 .52 Hình 3.29 Sự phụ thuộc độ cảm từ theo nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu (La0,5Pr0,5)0.6 Ba0.4MnO3 .52 Hình 3.30 Sự phụ thuộc độ cảm từ theo nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu (La0,5Pr0,5)0.5 Ba0.5MnO3 .53 Hình 3.31 Đồ thị dχ/dt hệ mẫu (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 54 Hình 3.32 Nhiệt độ Curie hệ mẫu (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 .55 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Hằng số mạng thể tích sở hệ REMnO3 (RE = La, Pr, Nd) .28 Bảng 3.2: Giá trị Tc,, eff số Curie hệ REMnO3 (RE = La, Pr, Nd) 37 Bảng 3.3: Cấu trúc, số mạng hệ (La0.5Pr0.5)1-xBaxMnO3 42 Bảng 3.4: Giá trị từ độ cực đại Mmax lực kháng từ Hc hệ mẫu 49 Bảng 3.5 Giá trị Tc số Curie hệ (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 53 MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển khoa học kĩ thuật nhu cầu ngƣời ngày cao đòi hỏi nhà khoa học phải tiến hành nghiên cứu tìm loại vật liệu để đáp ứng yêu cầu đó.Vật liệu perovskite vật liệu đƣợc nghiên cứu vài thập kỷ trƣớc nhƣng có nhiều tính chất điện từ lý thú nên perovskite có mặt nhiều ứng dụng đƣợc coi vật liệu quan trọng cần thiết Nhà vật lý ngƣời Ấn Độ C N R Rao phát biểu “perovskite trái tim vật lý chất rắn” [21] Các vật liệu perovskite có nhiều ứng dụng tiềm thƣơng mại [27], y sinh nhƣ đánh dấu phân tử sinh học, cảm biến sinh học, phát tế bào ung thƣ [19]; chế tạo linh kiện điện tử … Các tính chất vật liệu perovskite đƣợc nghiên cứu nhiều nhƣng tính chất từ tính chất đƣợc quan tâm Năm 1881, Warburg tìm hiệu ứng từ nhiệt (magnetocaloric effect - MCE) - thay đổi từ độ theo nhiệt độ vật liệu dƣới tác dụng từ trƣờng [28] Hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ (GMCE – Giant Magnetocaloric Effect) đƣợc A Pecharsky K.A Gschneidner phát hệ vật liệu liên kim loại chứa đất Gd5Ge2Si2 [17] Perovskite có cơng thức chung ABO3, A nguyên tố kim loại hóa trị (vị trí A), B số nguyên tố thuộc nhóm Mn, Ti, Co Sự pha tạp thêm nguyên tố vào vị trí A (thƣờng nguyên tố đất hiếm) hay số nguyên tố vào vị trí B dẫn tới thay đổi mạnh cấu trúc tinh thể, méo mạng dẫn đến việc thay đổi tính chất từ từ phản sắt từ sang sắt từ, hay thuận từ Cho đến giới có nhiều nhóm nghiên cứu thu đƣợc kết khả quan tiến hành pha tạp Barium REMnO3 [8, 11, 18] Trong đó, RE nguyên tố đất nhƣ: La, Pr Nd Cụ thể tính cấu trúc tính chất từ vật liệu thay đổi thay đổi điều kiện chế tạo nhƣ chất pha tạp, nồng độ pha tạp khác Nghiên cứu hệ vật liệu perovskite (La1-xNdx)0,7Sr0,3MnO3 [16] cho thấy tính chất từ hệ vật liệu có nhiều ứng dụng nhiệt độ xung quanh nhiệt độ phịng Trong khn khổ luận văn tập trung thực hiện: “Chế tạo nghiên cứu tính chất vật liệu (RE)1-xBaxMnO3” Ngồi phần mở đầu, kết luận, danh mục hình vẽ, bảng biểu tài liệu tham khảo luận văn đƣợc chia làm chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan vật liệu perovskite Chƣơng 2: Phƣơng pháp thực nghiệm Chƣơng 3: Kết thảo luận x = 0,2 M (emu/g) -2 -4 -15000-10000 -5000 5000 10000 15000 H(Oe) Hình 3.19 Sự phụ thuộc từ độ vào từ trường mẫu (La0,5Pr0,5)0,8Ba0,2MnO3 nhiệt độ phòng 10 x = 0.3 0.04 -5 M (emu/g) M (emu/g) x = 0.3 0.00 -0.04 -10 -0.007 0.000 0.007 H(T) -15000 -10000 -5000 5000 10000 15000 H(Oe) Hình 3.20 Sự phụ thuộc từ độ vào từ trường mẫu (La0,5Pr0,5)0,7Ba0,3MnO3 nhiệt độ phòng 46 15 x = 0.4 x = 0.4 -5 0.2 M (emu/g) M (emu/g) 10 -10 0.0 -0.2 -15 -0.008 0.000 0.008 H (T) -15000-10000 -5000 5000 10000 15000 H (Oe) Hình 3.21 Sự phụ thuộc từ độ vào từ trường mẫu (La0,5Pr0,5)0,6Ba0,4MnO3 nhiệt độ phòng 10 x = 0.5 x = 0.5 0.3 -5 M (emu/g) M (emu/g) 0.0 -0.3 -10 -0.008 0.000 0.008 H (T) -15000-10000 -5000 5000 10000 15000 H (Oe) Hình 3.22 Sự phụ thuộc từ độ vào từ trường mẫu (La0,5Pr0,5)0,5Ba0,5MnO3 nhiệt độ phòng 47 15 M (emu/g) 10 x=0 x = 0,1 x = 0,2 x = 0,3 x = 0,4 x = 0,5 -5 -10 -15 -15000-10000 -5000 5000 10000 15000 H (Oe) Hình 3.23 Sự phụ thuộc từ độ vào từ trường hệ mẫu (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 nhiệt độ phịng Nhìn vào hình 3.17 ÷ 3.19, chúng tơi nhận thấy mẫu x = 0,0 ÷ 0,2 có tính thuận từ nhiệt độ phịng Giá trị từ độ cực đại mẫu thành phần từ trƣờng 12 kOe tƣơng ứng 1,7 (emu/g); 2,49 (emu/g); 4,38 (emu/g) Khi nồng độ Ba tăng từ 0,3 đến 0,5 (hình 3.20 ÷ 3.22) đƣờng từ độ phụ thuộc từ trƣờng có tính sắt từ Giá trị từ độ cực đại H = 12 kOe tăng mạnh nhiều so với từ độ cực đại mẫu nồng độ Ba thấp (bảng 3.4) Trong vùng từ trƣờng thấp đƣờng trễ xuất rõ mẫu có thành phần Ba pha tạp 40% 50%, 48 vùng từ trƣờng cao từ độ tăng mạnh từ trƣờng tăng Điều vật liệu perovskite có tƣơng tác trao đổi kép xảy thay phần đất ion hố trị hai nhƣ Ba2+.Vì q trình pha tạp kim loại hố trị vào vị trí kim loại hố trị làm tổng điện tích giảm để đảm bảo điều kiện trung hịa điện tích phần Mn3+ chuyển thành Mn4+, gọi pha tạp lỗ trống Trong perovskite manganite khơng pha tạp có tính phản sắt từ điện mơi, xuất Mn4+ làm cho tính dẫn điện tăng lên làm xuất tính sắt từ Khi nồng độ ion pha tạp tăng lên tính dẫn vật liệu tăng, đến giá trị vật liệu dẫn tốt nhƣ kim loại thể nhƣ chất sắt từ mạnh Điều cho thấy pha tạp Ba có ảnh hƣởng lớn đến tính chất từ hệ nồng độ pha tạp tối ƣu x = 0,4 Các giá trị từ độ cực đại Mmax lực kháng từ Hc mẫu đƣợc đƣa bảng 3.4 dƣới đây: Bảng 3.4: Giá trị từ độ cực đại Mmax lực kháng từ Hc hệ mẫu (La0.5, Pr0.5)1-xBaxMnO3 nhiêt độ phòng Mẫu Mmax (emu/g) H = 12 kOe Hc(Oe) x=0 1,78 - x = 0,1 2,40 - x = 0,2 4,38 - x = 0,3 9,25 4,33 x = 0,4 13,37 3,64 x = 0,5 10,69 4,36 Đƣờng cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ đƣợc đo từ trƣờng H = 500 Oe hệ (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 (x = ÷ 0,5) đƣợc đƣa hình 3.24 49 40 (La0.5Pr0.5)1-xBaxMnO3 x = 0,0 x = 0,1 x = 0,2 x = 0,3 x = 0,4 x = 0,5 M (emu/g) 30 20 10 0 100 200 300 T (K) Hình 3.24 Sự phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ hệ mẫu (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 Từ số liệu phép đo phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ M(T), xác định đƣợc độ cảm từ χ Từ ta có đồ thị phụ thuộc độ cảm từ theo nhiệt độ χ(T) nghịch đảo χ-1(T) với lần lƣợt mẫu thuộc hệ (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 (x = ÷ 0,5) đƣợc đƣa hình từ 3.25 đến 3.30 80 x=0 -1 40 20 0 50 100 150 200 250 300 -1  (emu/mol)  (emu/mol) 60 350 (K) Hình 3.25 Sự phụ thuộc độ cảm từ theo nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu (La0,5Pr0,5)MnO3 50 x = 0,1 60 -1 20 0 50 100 150 200 250 300 -1 40  (emu/mol)  (emu/mol) 350 (K) Hình 3.26 Sự phụ thuộc độ cảm từ theo nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu (La0,5Pr0,5)0.9Ba0.1MnO3 x = 0,2 -1 40 -1 20  (emu/mol)  (emu/mol) 0 50 100 150 200 250 300 350  (K) Hình 3.27 Sự phụ thuộc độ cảm từ theo nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu (La0,5Pr0,5)0.8 Ba0.2MnO3 51 30 x = 0,3 -1 10 -1 20  (emu/mol)  (emu/mol) 0 50 100 150 200 250 300 350  (K) Hình 3.28 Sự phụ thuộc độ cảm từ theo nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu (La0,5Pr0,5)0.7 Ba0.3MnO3 30 x = 0,4 20 -1 10 -1  (emu/mol)  (emu/mol) 0 50 100 150 200 250 300 350  (K) Hình 3.29 Sự phụ thuộc độ cảm từ theo nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu (La0,5Pr0,5)0.6 Ba0.4MnO3 52 50 x = 0,5 30 20 -1 -1 40  (emu/mol)  (emu/mol) 10 0 50 100 150 200 250 300 350  (K) Hình 3.30 Sự phụ thuộc độ cảm từ theo nhiệt độ χ(T) χ-1(T) mẫu (La0,5Pr0,5)0.5 Ba0.5MnO3 Từ đƣờng đƣợc χ(T) χ-1(T) mẫu x = † 0,5 tính đƣợc giá trị nhiệt độ, số Curie C eff đƣợc tính tốn tƣơng tự nhƣ hệ REMnO3 đƣợc đƣa bảng 3.5 Bảng 3.5 Giá trị Tc số Curie hệ (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 Mẫu TC (K) C (emu-K) eff x=0 144 2,51 3,16 μB x = 0,1 157 2,44 3,07 μB x = 0,2 188 2,39 3,02 μB x = 0,3 258 2,09 2,63 μB x = 0,4 276 1,51 1,90 μB x = 0,5 272 1,89 2,39 μB 53 Nhìn bảng 3.5 ta thấy giá trị momen từ hiệu dụng mẫu chƣa pha tạp ion Ba2+ 3,16 μB Khi pha tạp ion Ba2+ giá trị momen từ hiệu dụng giảm xuống có xu hƣớng giảm dần nồng độ ion Ba2+ tăng lên (từ 3,07 μB xuống 2,39 μB) Giá trị momen từ hiệu dụng eff giảm xuống tỉ lệ Mn4+/Mn3+ tăng lên dẫn đến tính sắt từ chiếm ƣu vật liệu Đặc biệt mẫu x = 0,4 có giá trị eff thấp (1,901 μB) mẫu có giá trị từ độ cao Các giá trị nhiệt độ Curie (TC) mẫu thuộc hệ (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 (x = ÷ 0,5) xác định từ điểm cực tiểu đồ thị dχ/dt (hình 3.31) đƣợc đƣa bảng 3.5 d/dT(emu/mol K) 0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 x=0 x = 0.1 x = 0.2 x = 0.3 x = 0.4 x = 0.5 100 10 200 300 T (K) Hình 3.31 Đồ thị dχ/dt hệ mẫu (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 Dựa vào giá trị nhiệt độ Curie (Tc) xác định ta vẽ đƣợc đồ thị giá trị TC phụ thuộc vào nồng độ hình 3.32 dƣới 54 300 TC (K) 250 200 150 (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 100 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 x Hình 3.32.Nhiệt độ Curie hệ mẫu (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 Có thể thấy mẫu từ x = ÷ 0,4; x tăng lên (nồng độ ion Ba2+ tăng lên) giá trị Tc tăng lên Mẫu x = 0,4 có giá trị TC cực đại TC = 276 K Giá trị TC mẫu chƣa pha tạp LaMnO3 147 K nhƣng thay nguyên tố La nguyên tố Pr ta thấy giá trị TC hệ PrMnO3 giảm mạnh: TC = 69 K Khi thay 50% nguyên tố La nguyên tố Pr TC hệ (La0,5Pr0,5)MnO3 144 K, có giảm đơi chút so với TC mẫu LaMnO3 Ngồi ra, tiến hành pha tạp Ba giá trị TC hệ (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 tăng lên (157 K † 272 K) nồng độ pha tạp tăng từ 10% tới 50% Mẫu pha tạp Ba nồng độ 40% có giá trị TC cao 276 K Vậy nồng độ pha tạp Ba tối ƣu 40% Có thể thấy giá trị TC mẫu thuộc hệ (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 x = 0,1 † 0,5 cao hẳn so với mẫu chƣa pha tạp nhƣ LaMnO3, PrMnO3 mẫu (La0,5Pr0,5)MnO3 55 KẾT LUẬN Trong trình thực luận văn, thu đƣợc số kết nhƣ sau:  Đã chế tạo thành công hai hệ mẫu REMnO3 (RE = La, Pr, Nd) hệ (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 (x = 0; 0,10; 0,20; 0,30; 0,40; 0,50) phƣơng pháp gốm Các mẫu chế tạo đƣợc hồn tồn đơn pha, khơng có xuất pha lạ cấu trúc tinh thể dạng trực thoi (orthorhombic) mẫu PrMnO3, NdMnO3 cấu trúc lập phƣơng (cubic) với mẫu LaMnO3, hệ (La0,5Pr0,5)1xBaxMnO3 nồng độ pha tạp Ba từ 10-50%  Ảnh SEM hệ REMnO3 (RE = La, Pr, Nd) cho thấy bề mặt mẫu khít cịn bề mặt mẫu thuộc hệ (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 (x = 0; 0,10; 0,20; 0,30; 0,40; 0,50) có độ xốp cao  Hệ mẫu REMnO3 (RE = La, Pr, Nd): - Đƣờng từ độ phụ thuộc vào từ trƣờng nhiệt độ phòng cho thấy mẫu có tính thuận từ Giá trị từ độ cực đại H = 12 kOe mẫu LaMnO3, PrMnO3 NdMnO3 lần lƣợt 2,32; 1,11 0,97 (emu/g) - Đƣờng từ độ phụ thuộc vào nhiệt độ H = 500 Oe cho thấy ba mẫu thuộc hệ mang tính phản sắt từ sắt từ  Hệ mẫu (La0,5Pr0,5)1-xBaxMnO3 (x = 0; 0,10; 0,20; 0,30; 0,40; 0,50): - Đƣờng từ độ phụ thuộc vào từ trƣờng nhiệt độ phòng cho thấy nồng độ pha tạp Ba thấp (x ≤ 0,2) mẫu mang tính thuận từ cịn mẫu có nồng độ pha tạp Ba cao (x = 0,3 – 0,5) mẫu có tính sắt từ Khi nồng 56 độ Ba pha tạp tăng, từ độ cực đại H = 12 kOe tăng đạt giá trị cao Mmax = 13,37 (emu/g) nồng độ pha tạp 40% - Đƣờng từ độ phụ thuộc vào nhiệt độ H = 500 Oe cho thấy tất mẫu mang tính sắt từ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Huỳnh Đăng Chính (2003), Tổng hợp, cấu trúc tính chất điện - từ số Perovskite phương pháp Sol-Gel, Luận án tiến sĩ hóa học, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội PGS.TS Nguyễn Ngọc Long (2007), Vật lý chất rắn, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Thị Thủy (2014), Nghiên cứu tính chất điện, từ số perovskite nhiệt điện, Luận án tiến sĩ Vật lý, Khoa Vật lý, ĐH Khoa học Tự Nhiên, ĐHQGHN Ngô Hồ Quang Vũ (2010), Giới thiệu phương pháp SEM, TP Hồ Chí Minh Tiếng Anh Goldschmidt V (1958), Geochemistry, Oxford University press Hemberger J et al (2003), “Magnetic and thermodynamic properties of RMnO3 (R = Pr, Nd)”, arXiv: cond-mat, 1, 0311170 Hong F et al (2012), “Positive and negative exchange bias effects in the simple perovskite manganite NdMnO3”, Applied Physics Letters, 101(10), pp 102411102415 Jativa J et al (2012), “Hydrothermal synthesis, magnetic susceptibility, electrical transport andvibrational order of the polycrystalline structure La0.5Ba0.5MnO3”, Revista Mexicana de Fisica S, 58(2), pp 19–23 58 Jeffrey J et al (2004), “Synthesis of Single-Crystalline La1-xBaxMnO3 Nanocubes with Adjustable Doping Levels”, Nano Letters, 4(8), pp 1547-1550 10 Kotomin E.A et al (2006), “First principles calculations of the atomic and electronic structure of LaMnO3 (001) surface”, Computer Modelling and New Technologies, 10(3), pp 29-40 11 Lim K.P et al (2009), “Effect of Divalent Ions (A = Ca, Ba and Sr) Substitution in La-Mn-O Magnetic and Electrical Transport Properties”, American Journal of Applied Sciences (6), pp 1153-1157 12 Maris G et al (2004), “Effect of ionic size on the orbital ordering transitionin RMnO3+ δ”, New Journal of Physics (6), pp 153 13 Maryam Shaterian.et al (2014), “Synthesis, characterization and photocatalytic activity of LaMnO3 nanoparticles”, Applied Surface Science, 218, pp 213-217 14 Mota D.A et al (2014), “Dynamic and structural properties of orthorhombic rare-earth manganites under high pressure”, Appl.Phys, 92, pp 7355-7361 15 Nagaev E.L (1983), Physics of magnetic Semiconductor, Mir Pub, Moscow 16 Nguyen Hoang Luong, (2008), “Room-temperature large magnetocaloric effect in perovskites (La1-xNdx)0.7Sr0.3MnO3”, VNU Journal of Science, Mathematics – Physics, 24, pp 30-35 17 Pecharsky V.K., K.A Gschneidner (1997), J Magn Magn Mater, 167 L179 18 Phan Manh Huong, Seyong Cho – yu (2006), “Review of the magnetocaloric effect in manganite materials”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 308, pp 325–340 19 Pradhan A.K et al (2008), “Synthesis and magnetic characterizations of manganite-base composite nanoparticles for biomedical applications”, J App Phys 103, 07F704 59 20 Rajee Ranjan (2008), “Subtle Structural Distortions in Some Dielectric Perovskite”, Journal of the Indian Institute of Sciences, 88(2), pp 211 21 Rao C N R (1997), “Charge Ordering in Manganates”, Science 276, pp 911912 22 Rob Janes and Elaine Moore (2004), Handbook: Metal – Ligand Bonding, The Open University, UK 23 Rowe D M (1995), CRC Handbook of thermoelectrics, CRC Press 24 Santhosh Kumar B et al (2015), “Electrical property of Half Metallic Ferromagnet Pr0.95Mn0.939O3”, pp 1060 25 Satpathy S et al (1996), “Advances in Chemistry”, J Appl Phys, 79, pp 45-55 26 Tang F.L et al (2009), “Structural relaxation and Jahn-Teller distortion of LaMnO3 (001) surface”, Surface Science, 603(6), pp 949-954 27 Tejuca, Luis G (1993), Properties and applications of perovskite-type oxides, New York, Dekker 28 Tishin A.M (1999), Handbook of Magnetic Materials, ed K.H J Buschow, North – Holland, Amsterdam, 12, pp 395 29 Tokeer Ahmad et al (2013), “Low-temperature synthesis, structural and magnetic properties of self-dopant LaMnO3+ nanoparticles from a metal- organic polymeric precursor ”, Materials Research Bulletin, 48, pp 4723–4728 30 Wong Jen Kuen et al (2012), “Effect of Rare Earth Elements Substitution in La site forLaMnO3 Manganites”, 86, pp 80-86 31 Yakhmi J.V et al (2000), “Does the LaMnO3 phase accept Ce-doping?”, Journal of Physics: Condensed Matter, 12(47) L719 32 Zener Calarence (1951), Phys Rev B, 82, pp 403 60 ... sắt từ Sự lý thú vật liệu perovskite tạo nhiều tính chất vật liệu nhiệt độ khác Dƣới số tính chất đặc trƣng loại vật liệu  Tính chất điện Có nhiều perovskite chất sắt điện thể tính chất nhiệt... khác, tính chất điện từ vật liệu bị thay đổi mạnh dẫn đến xuất nhiều hiệu ứng vật lý lý thú 1.2 Tính chất vật liệu perovskite Ở cấu trúc (vị trí A B có ngun tố), vật liệu perovskite mang tính chất. .. giải thích tính chất từ, tính chất dẫn vật liệu perovskite đặc biệt hiệu ứng trật tự điện tích (charge ordering – CO) vật liệu perovskite manganite 1.5 Tƣơng tác trao đổi Trong vật liệu perovskite