cấu trúc, tính chất siêu dẫn
2.2.1. Tính chất cấu trúc
2.2.1.1. Phép đo nhiễu xạ tỉa X (XRD)
Phép đo nhiễu xạ tia X được sử dụng phổ biến nhất để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của các vật liệu. Từ giản đồ nhiễu xạ tia X có thể xác định đượccác
pha tmh thể, đồng thời có thể sử dụng để xác định tương đối về lượng pha và kích thước tinh thể. Tia X là sóng điện từ cổ bước sổng trong khoảng 10nm đến ìoopm. Tia X có khả năng xuyên qua nhiều vật chất và cơ thể người nên có thể được sử dụng trong y học, cũng như khoa học nói chung.
Khi bước sóng của bức xạ lổn hơn rất nhiều so với hằng số mạng thì sẽ gây ra hiện tượng khúc xạ quang học thông thường, khi đó ta không thể khảo sát được cấu trúc tinh thể của vật liệu. Nếu bước sóng của bức xạ tới bằng hoặc nhỏ hon hằng số mang của tinh thể thì khi đó sẽ xuất hiện hiện tượng nhiễu xạ. Bước sóng của tia X có
cùng bậc với khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể. Vì vậy, khi chùm tia X đến và bị tán xạ trên các nút mạng tinh thể, các tia tán xạ có thể giao thoa với nhau và tạo thành các cực đại nhiễu xạ có thể quan sát được. Các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tỉnh thể của chất rắn, do tính tuần hoàn của cấu trúc tình thể tạo nên các cực đại và cực tiểu.
Xét một chùm tỉa X có bước sóng Ầ chiếu tới một tinh thể chất rắn dưới góc tới ỡ. Do tính thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những khoảng đều đặn d,
đóng vai ưò giống như các cách tử nhiễu xạ và tạo ra hiện tượng nhiễu xạ của các tia X (hình 2.3).
Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phương phản xạ (bằng góc tới) thì hiệu quang trĩnh giữa các tia tán xạ trên các mặt là:
AL = 2.fi? .sin ớ (2.3 ) Với các sóng phản xạ từ những mặt phẳng Bragg thoả mãn điều kiện của sóng kết họp: cùng tần số, cùng phương, có độ lệch pha không đổi theo thời gian thì xảy ra hiện tượng giao thoa. Như vậy, để có cực đại nhiễu xạ trên phim ảnh thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện: AL = 2.d. únớ =
nẦ
(2.4 ) trong đó: n = 1, 2,3,...
Công thức trên là công thức Bragg mô tả hiện tượng nhiễu xạ tia X trên các mặt tỉnh thể. Biểu thức này cho thấy rằng với một mạng tinh thể có khoảng
cách d giữa các
mặt tinh thể cố định và chùm
tia X có
bước sóng
không đổi, sẽ tồn tại nhiều giá trị góc 6 thỏa mãn định luật Bragg. Kết quả là
ừên phổ nhiễu xạ sẽ xuất hiện của các đỉnh nhiễu xạ tại các góc 0
khác nhau. 2.2.1.2 Phép đo SEM
Hình thái bề mặt của màng YBCO sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Trong một SEM mẫu được tạo thành bằng cách sử dụng một chùm tia năng lượng cao của electron. Các electron
được sản xuất bởi các sung điện từ hút về cực dương. Trên đường đi các electron được chuẩn trực của một ống kính và bình ngưng tụ sau đó tập trung vào vật kính. Cuộn dây được sử dụng để quét chùm electron va chạm với bề mặt electron được phát ra và các electron phát xạ được thu vào ống katốt.
Mặt khác dùng thang đo có gương để quét bề mặt mẫu. Sự tươg tác các nút với bề mặt làm lệch hướng thường đo cách sử dụng laze phản xạ từ bề mặt của giá đỡ thành mảng của điốt.
2,2.2, Tính chất siêu dẫn
Để kiểm tra tính chất siêu dẫn của mẫu, ta sử dụng phép đo bốn mũi dò Trong phương pháp này, Vôn kế và Ampe kế được mắc riêng biệt như hình 2.4.
Hình 2.4. Sơ đồ bẻ trí Vồn kế và Ampe kể trong phép đo 4 mũi đỏ Trên sơ đồ ta thấy, hai mũi (1) và (4) đo dòng đặt vào, hai mũi (2) và (3) đo thế hiệu hai đầu điện trở. Với cách bố trí như vậy, ta đã loại được thành phần điện trở của hai đầu dò đo dòng vào điện trở tổng cộng. Ta sẽ tính toán thành phần điện ừở của hai đầu dò đo thế theo mạch điện hình.
Hình 2.5. Sơ đồ phân bổ dòng điện, điện trở thành phần trong
mạch điện phép đo 4 mũi dò
Gọi đoạn mạch AB ỉà đoạn mạch đo thế hiệu giữa hai đầu điện trở Rs, theo tính chất điện trở của đoạn mạch mắc song song ta có: R] — Rv + Rp2 + RCp2 + Rsp2 + Rp3 + Rcp3 + Rsp3 (2-5) R2 = Rs (2.6) với Rj và R2 lần lượt là điện trở
của đoạn mạch chứa Vôn kế và điện trở của đoạn mạch chứa điện trở Rs cần đo.
Dòng điện qua đoạn mạch AB: I = Ij + Is với II là dòng qua Vôn kế và Is là dòng
qua Rs.
Thế hiệu ở hai đầu đoạn mạch chứa VA2B = Vasb (2.7)
Như vậy, nếu li rất nhỏ (để sụt thế không đáng kể khi dòng
chạy qua các thành phần điện trở)
—> I ~ Is. Để làm được điều này, người ta luôn mắc Vôn kế có trở kháng cao, khi đó số chỉ Vôn kế sẽ xấp xỉ thế hiệu ở hai đầu Rs. Áp dụng định luật Ôm theo công thức
V = IR hoặc R = V/I, ta sẽ tính được giá