3.2. Các phương pháp nghiên cứu
3.2.2. Phép đo điện trở suất theo áp suất
Điện trở R giữa hai điểm trên một vật liệu được xác định thông qua biểu thức của định luật Ohm:
I U
R (3.5)
trong đó U là hiệu điện thế giữa hai điểm, I là cường độ dòng điện
Điện trở suất của vật liệu được định nghĩa thông qua biểu thức:
l A R
(3.6)
trong đó l là độ dài của mẫu đo và A là tiết diện bề mặt mẫu đo (Hình 3.6).
Điện trở suất được đo theo nguyên tắc của phương pháp bốn mũi dị. Từ đó, ta xác định được: l A I U (3.7)
Chúng ta có thể sử dụng phương pháp bốn mũi dò một chiều (DC) cho phép đo điện trở suất dưới áp suất cao.
- Trước khi đo, các mẫu được cắt dưới dạng hình hộp chữ nhật bằng phương pháp tia lửa điện có kích thước là 1,1 mm x1,0 mm x3,0 mm. Bốn dây dẫn vàng mỏng với đường kính 0,050 mm được gắn vào mẫu bằng cách sử dụng hàn siêu âm.
Hình 3.7. Sơ đồ mặt cắt ngang của thiết bị đo điện trở suất ở áp suất cao.
- Áp suất thủy tĩnh lên đến 1,2 GPa được tạo ra bằng cách sử dụng thiết bị pittông xylanh loại kẹp. Mẫu được đưa vào trong một buồng teflon có chứa một hỗn hợp n-pentane và isoamyl alcohol theo tỉ lệ 1:1 như là một môi trường trung gian truyền áp suất. Hình 3.7 là sơ đồ mặt cắt ngang của phép đo điện trở suất dưới
áp suất cao. Lưu ý rằng áp suất ở 80 K khoảng 0,2 GPa là yếu hơn so với áp suất ở nhiệt độ phịng khi chúng ta sử dụng pittơng xylanh loại kẹp. Và được xác định theo biểu thức:
P(T) = PRT – 0.015*(300 K - T) (3.8)
với PRT là áp suất ở nhiệt độ phòng.
- Khoảng nhiệt độ để sử dụng trong phép đo từ 80 K đến 300 K. Một vôn kế nano (Keithley 182) được sử dụng để đo hiệu điện thế giữa hai điện cực của mẫu. Để đo nhiệt độ của mẫu, sử dụng cặp nhiệt (Au + 0,07% Fe) và Chromel được nối với vơn kế kĩ thuật số Takeda Riken TR6861. Nguồn dịng được sử dụng bằng một thiết bị YOKOGAWA 7651. Dữ liệu được máy tính ghi lại đầy đủ.
- Áp suất được đặt vào mẫu ở nhiệt độ phịng sau đó mẫu được làm lạnh đến 80 K rồi làm nóng đến nhiệt độ phịng hồn thành một phép đo. Lấy mẫu ra tăng áp suất lên tới 1,2 GPa. Cuối cùng, đưa áp suất về 0 thực hiện lại phép đo này một lần nữa để chứng minh sự lặp lại của phép đo.
Hình 3.8 cho hình ảnh chi tiết về một hệ đo điện trở bằng phương pháp bốn mũi dị thơng thường ở một số phịng thí nghiệm.