C ƣơn 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Kết quả nn cu phổ hấp th của La1-xKxMnO
Hình 3.2(a) trình ày phổ hấp thụ đo được tại nhiệt độ phòng trong vùng từ 200 đến 1100 nm của các mẫu La1-xKxMnO3. Nhận thấy các phổ này thể hiện
một vùng hấp thụ rộng trong vùng ước sóngλ> 250 nm. Cường độ hấp thụ giảm dần trong vùng λ< 900 nm. Để có thể quan sát rõ hơn ờ hấp thụ của vật liệu, chúng tôi iểu diễn trục ước sóng trong phạm vi từ 220 đến 350 nm như trên hình 3.2( ). Rõ ràng rằng bờ hấp thụ của các mẫu d ch dần từ khoảng 240 nm về 280 nm khi nồng độ K tăng.
Hình 3.2. Phổ hấp thụ đo tại nhiệt độ phòng của vật liệu La1-xKxMnO3. (a) toàn dải bước sóng đo, (b) phổ hấp thụ trong vùng bước sóng 220-350 nm.
Để có thể xác đ nh được độ rộng vùng cấm của các mẫu nghiên cứu, chúng tôi iểu diễn khả năng hấp thụ theo năng lượng photon cho cả hai trường hợp vùng cấm thẳng và vùng cấm nghiêng[35].
αhν = A1(hν – Eg)1/2 (3.1)
αhν = A2(hν – Eg)2 (3.2) trong đó A1 và A2 là các hằng số, Eg là năng lượng vùng cấm, α là hệ số hấp thụ,
h là hằng số Plank và ν tần số photon. Giá tr Eg của vật liệu có thể xác đ nh được bằng cách iểu diễn (αhν)n (với n = 2 hoặc 1/2 tương ứng cho vùng cấm thẳng và vùng cấm nghiêng) phụ thuộc năng lượng E. Trong luận văn này, chúng tôi đồng thời biểu diễn cho cả hai trường hợp n = 1/2 và n = 2 như trong hình 3.3.
Hình 3.3. Sự phụ thuộc của (αhν)n
vào năng lượng photon E, (a) trường hợp n = 1/2 và (b) n = 2.
Hình 3.4. Sự biến đổi của Eg theo nồng độ K trong vật liệu La1-xKxMnO3.
So sánh giữa hai trường hợp của n, ta thấy khả năng hấp thụ tăng nhanh quanh bở hấp thụ ứng với trường hợp n = 2. Đây là đặc trưng của vật liệu có vùng cấm thẳng [35]. Để xác đ nh giá tr Eg cho các mẫu, chúng tôi dựng đường tiếp tuyến tại bờ hấp thụ. Kết quả xác đ nh được là Eg = 5,07; 4,86;4,69; 4,53 và 4,41 eV tương ứng với x = 0; 0,05; 0,1; 0,15 và 0,2. Sự thay đổi của Eg theo nồng độ K được biểu diễn trên hình 3.4. Rõ ràng rằng khi nồng độ K tăng, độ rộng vùng cấm Eg giảm, làm ờ hấp thụ của vật liệu d ch dần về phía ánh sáng
(b) (a) 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0 0,05 0,1 0,15 0,2 ( h ) 2 (a rb. uni ts ) E (eV) 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0 0,05 0,1 0,15 0,2 ( h ) 1 /2 (a rb. uni ts ) E (eV) 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 0 0.05 0.1 0.15 0.2 E g E g (e V ) x (K)
nhìn thấy. Sự thu hẹp vùng cấm trong các mẫu khi pha tạp K có thể được giải thích là do sự xuất hiện của các ion Mn4+
làm thay đổi cấu trúc điện tử của vật liệu LaMnO3. Điều này hoàn toàn hợp lý ởi K có hóa tr 1+, khi thay thế vào v trí La3+, để cân ằng điện tích, một số Mn3+
phải chuyển thành Mn4+ như đã trình ày ở phần trên.
Theo [7], khi Mn4+ xuất hiện trong v trí B của cấu trúc perovskite ABO3 sẽ tạo ra các mức năng lượng thấp hơn nằm ở đáy vùng dẫn, chúng có vai trò giống như các tâm ẫy điện tử. Kết quả là độ rộng vùng cấm của vật liệu giảm xuống, bờ hấp thụ của vật liệu được d ch dần về phía sóng dài. Bên cạnh đó, sự xuất hiện ion Mn4+ đồng tồn tại trong nền Mn3+ đã dẫn đến hình thành các tương tác sắt từ giữa các ion Mn+3
-Mn4+. Kết quả là không chỉ cấu trúc và tính chất quang của vật liệu b thay đổi mà cả tính chất từ của vật liệu cũng thay đổi theo. Để hiểu rõ hơn sự ảnh hưởng của K khi thay thế vào v trí La lên tính chất từ của vật liệu La1-xKxMnO3, chúng tôi tiến hành các phép đo đặc trưng từ như đường cong từ nhiệt M(T) và đường cong từ hóa an đầu M(H) đồng thời nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt của hệ vật liệu này.