Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

« ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΜΕΤΑΒΑΣΗΣ JAHN-TELLER ΚΑΙ ΤΗΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΤΑΞΗΣ ΥΠΟ ΤΗΝ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΤΩΝ ΚΑΤΙΟΝΤΩΝ ΣΕ ΠΕΡΟΒΣΚΙΤΕΣ ΤΟΥ Mn. ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΔΙΑΒΑΤΙΚΟΥ ΚΑΛΟΡΙΜΕΤΡΟΥ.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "« ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΜΕΤΑΒΑΣΗΣ JAHN-TELLER ΚΑΙ ΤΗΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΤΑΞΗΣ ΥΠΟ ΤΗΝ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΤΩΝ ΚΑΤΙΟΝΤΩΝ ΣΕ ΠΕΡΟΒΣΚΙΤΕΣ ΤΟΥ Mn. ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΔΙΑΒΑΤΙΚΟΥ ΚΑΛΟΡΙΜΕΤΡΟΥ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 « ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΜΕΤΑΒΑΣΗΣ JAHN-TELLER ΚΑΙ ΤΗΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΤΑΞΗΣ ΥΠΟ ΤΗΝ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΤΩΝ ΚΑΤΙΟΝΤΩΝ ΣΕ ΠΕΡΟΒΣΚΙΤΕΣ ΤΟΥ Mn. ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΔΙΑΒΑΤΙΚΟΥ ΚΑΛΟΡΙΜΕΤΡΟΥ ΥΨΗΛΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ» ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΕΡΕΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΓΕΩΡΓΑΛΑΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ

2 ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΕΝΩΣΗΣ LaMnO 3 ME O΄- ΟΡΘΟΡΟΜΒΙΚΗ ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ – ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ JAHN-TELLER Η παραμόρφωση του πλέγματος της ένωσης LaMnO 3 με Ο΄- ορθορομβική συμμετρία αποδίδεται: α) Στην ασυμβατότητα των ιοντικών ακτίνων β) Στο φαινόμενο Jahn-Teller Mn 3+ La 3+ O -2 Η εφαρμογή κρυσταλλικού πεδίου (εξαιτίας των O -2 ) μη κυβικής συμμετρίας αίρει τον διπλό εκφυλισμό των e g τροχιακών, με την ενέργεια των d z 2 τροχιακών να μειώνεται κατά δ JT. Το φαινόμενο αυτό (Jahn-Teller) οδηγεί στην επιμήκυνση των Mn 3+ O 6 κυρίως κατά τον z-άξονα, ενώ και οι άλλοι δύο άξονες του οκταέδρου στο επίπεδο xy δεν είναι ίσοι μεταξύ τους. dz2dz2

3 ΣΥΛΛΟΓΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ JAHN-TELLER – ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΤΑΞΗ – ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΙΟΝΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ A-type AFM order Μακροσκοπικός στατικός προσανατολισμός των e g τροχιακών Mn 3+ Η παραμόρφωση των οκταέδρων ορίζεται από την απόκλιση του μήκους των δεσμών Mn-O από την μέση τιμή =.

4 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΤΩΝ ΚAΤΙΟΝΤΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΤΟΥ ΤΥΠΟΥ RMnO 3 (R: ιόν σπάνιας γαίας) ΣΤΗΝ ΜΕΤΑΒΑΣΗ JAHN-TELLER Μετάβαση Jahn-Teller για την ένωση LaMnO 3 Κατά την μετάβαση Jahn-Teller η στατική τροχιακή τάξη καταστρέφεται και το πλέγμα μεταβαίνει σε μία δυναμική κατάσταση όπου κατά μέσο όρο οι πλεγματικές σταθερές αποκτούν παραπλήσιες τιμές. Η ορθορομβική συμμετρία όμως διατηρείται. Παρατηρείται απότομη μεταβολή του όγκου της μοναδιαίας κυψελίδας που υποδεικνύει μετάβαση 1 ης Τάξης. Ενδεικτικά για το LaMnO 3 : (ΔV/V)·100%= 0.36% PRB 57, (1997) 6 PRB 68, (2003)

5 Η μετάβαση Jahn-Teller και η μαγνητική τάξη σε ενώσεις του τύπου RMnO 3 Η μείωση της r R εξασθενεί τις AFM αλληλεπιδράσεις των spin των Mn 3+ και ενδυναμώνει την τροχιακή τάξη με την T J-T ↑ καθώς η r A ↓. Η μείωση της ιοντικής ακτίνας στην θέση Α αυξάνει βαθμιαία τo πλάτος της μετάβασης, γεγονός που τείνει να συσχετισθεί με την σταδιακή αλλαγή του χαρακτήρα της. T J-T T*T* New Journal of Physics 6 (2004) 153 PRB 68, (R) (2003)

6 Στα πλαίσια της μελέτης της επίδρασης της μεταβολής της ιοντικής ακτίνας στην θέση Α σε μαγγανίτες του τύπου La 1-x (Pr, Nd ) x MnO 3+δ (δ≥0) στην: ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Α) Μετάβαση Jahn-Teller Β) Μαγνητική Τάξη Παρασκευάσθηκαν σκόνες στερεών διαλυμάτων ενώσεων La 1-x Pr x MnO 3+δ (x= ) και La 1-x Nd x MnO 3+δ (x= ) με την μέθοδο αντίδρασης στην στερεά κατάσταση. Θερμικές επεξεργασίες Μορφή δειγμάτων ΜετρήσειςΔιερεύνηση Οξειδωτικές P O2 =210 mbar (T=900 0 C/t=100h) Σκόνες La 1-x Pr x MnO 3+δ χ ac (T) (T= K)μαγνητική τάξη Αναγωγικές P O2 ≈10 -9 mbar (Ar-4%H 2 T= C/t=5h ) bulk (παστίλιες-ραβδάκια) La 1-x Pr x MnO 3 La 1-x Nd x MnO 3 ρ(T), DTA χ ac (T) ( T= K ) στην τροχιακή και μαγνητική τάξη (T= K, P air ≈10 -5 mbar)

7 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Δείγματα με θερμική επεξεργασία σε συνθήκες Ar-4%H 2 /T= C/t=5h ► Μετρήσεις ρ(T) r Pr 3+ ≈ 1.30 Å και r Nd 3+ ≈ 1.27 Å Pr 3+ =(1-x)·La 3+ +x·Pr 3+ > Nd 3+ =(1-x)·La 3+ +x·Nd 3+ J. Phys.:Condens. Matter 20 (2008)

8 ► Μετρήσεις χ ac (T) Οξείες κορυφές→ A-type AFM μεταβάσεις θ

9 Δείγματα σκόνης με θερμική επεξεργασία σε ατμόσφαιρα αέρα/Τ=900 0 C/t=100h x= : Εγκατάσταση μακράς εμβέλειας FM τάξης για T<150 K με απότομες μεταβάσεις από PM→FM κατάσταση x= : Εμφάνιση δύο μαγνητικών φάσεων και προοδευτική ενίσχυση της CA-AFM κατάστασης. Ισχυρός ανταγωνισμός FM και AFM αλληλεπιδράσεων. x= : Μεταβάσεις από την PM→CA-AFM κατάσταση Στην περιοχή των υψηλών και χαμηλών x η μείωση της T C αντανακλά την επίδραση της αλλά και της ελαφριάς μείωσης της περίσσειας του Ο 2 με το x. Στις ενδιάμεσες συγκεντρώσεις (όπου παρατηρούνται δύο διαδοχικές μεταβάσεις PM→FM→CA-AFM) δεν φαίνεται συστηματική εξάρτηση της T c από την.

10 ►Μετρήσεις DTA Το ύψος των κορυφών μειώνεται με την αύξηση του x και για τις δύο ΄΄οικογένειες΄΄ ενώσεων, ενώ το πλάτος των μεταβάσεων αυξάνεται. Οι θερμοκρασίες των κορυφών, T D J-T, μετατοπίζονται γραμμικά (όπως οι Τ J-T ) προς υψηλότερες τιμές με το x.

11 ► Λανθάνουσα Θερμότητα L~Εμβαδόν που περικλείουν οι κορυφές στις μετρήσεις DTA Μείωση της L με το x. Το εμβαδόν που περικλείουν οι κορυφές για τις ενώσεις La 1-x Pr x MnO 3 δεν μηδενίζεται για κανένα x. Η μείωση της L με την θεωρείται ως σημαντική ένδειξη για την αλλαγή του χαρακτήρα της μετάβασης. Αυτό υποστηρίζεται και σε πρόσφατες πειραματικές εργασίες που αφορούν ενώσεις La 1-x Nd x MnO 3 (x= ) [PRB 70, (2004)] και σε ενώσεις RE 1-x AE x MnO 3 (x≤0.10) [SSC 131, (2004) 75-80], [PRB 73, (2006)], [J. Phys.: Condens. Matter 20 (2008)] (μετρήσεις DSC, XRD, Synchrotron και ρ(T)). Θεωρητικές εργασίες που διερευνούν την φύση της μετάβασης J-T [PRL 104, (2010)], [PRB 79, (2009)] Προκειμένου να μελετηθεί πιθανή αλλαγή του χαρακτήρα της μετάβασης Jahn-Teller με την αποφασίσθηκε η κατασκευή καλοριμέτρου υψηλών θερμοκρασιών.

12 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΔΙΑΒΑΤΙΚΟΥ ΚΑΛΟΡΙΜΕΤΡΟΥ ΥΨΗΛΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ (T= K) Η συνολική θερμοχωρητικότητα Σχηματική παράσταση καλοριμέτρου : όπου k (θερμική αγωγή), Τ 0 : η θερμοκρασία του περιβάλλοντος και T(t) η θερμοκρασία του συστήματος (Σ) (δείγμα+δειγματοφορέας) C tot (T)=C s (T) + C back (T) Η διαφορική εξίσωση που περιγράφει μια διαδικασία θέρμανσης του (Σ) : Η λύση δίνεται από την σχέση: C s (T): η C p του δείγματος και C back (T): η C P του υποβάθρου C tot (t) k T0T0 T(t) ΔQΔQ

13 Και προκύπτει γραμμική αύξηση της θερμοκρασίας: Μετά την εφαρμογή θερμικού παλμού έχουμε: και με ρυθμό απώλειας: Η διαφορική εξίσωση γίνεται: που περιγράφει την προσεγγιστικά αδιαβατική περίπτωση (τ υψηλό).

14 Για να προσδιορισθεί η C tot πρέπει να υπολογιστεί : Α) ο χρόνος αποκατάστασης τ από την κλίση της ευθείας Β) η θερμική αγωγή (conductance) k η οποία απαιτεί την πραγματοποίηση ξεχωριστής μέτρησης όπου ΔT η μεταβολή της T κατά την θέρμανση με μέχρι την μόνιμη κατάσταση (steady state). Η θερμοχωρητικότητα υπολογίζεται ως: όπου U: η τάση στα άκρα της αντίστασης θέρμανσης I: η ένταση του ρεύματος t 1 : η διάρκεια του παλμού C back : προσδιορίζεται από μέτρηση χωρίς δείγμα ● Στην περίπτωση που οι θερμικές απώλειες από τον δειγματοφορέα είναι σημαντικές ( μικρό) μπορεί να εφαρμοστεί η μέθοδος εφησύχασης (relaxation technique). C s (T) = C tot (T) - C back (T) Αδιαβατική μέθοδος Τ T0T0 T t t1t1 t=0 ΔTΔT Τ T0T0 T t t1t1 Μέθοδος εφησύχασης

15 Φωτογραφίες του ενεργού τμήματος του καλοριμέτρου Ισοθερμικός θώρακας (Nb) Δειγματοφορέας (΄΄κουπάκι΄΄) Al 2 O 3 αναρτημένος με την βοήθεια λεπτών συρμάτων (Pt-W) Αντίσταση W Θερμόμετρο Pt Ηλεκτρικές επαφές (Ni,Au) m≈250mg

16 ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΛΟΡΙΜΕΤΡΟΥ Τα βασικά υλικά κατασκευής του καλοριμέτρου είναι: το Al 2 O 3, Ni, Nb, Pt και W. ● Δειγματοφορέας ● Αντίσταση θέρμανσης (Heater) ● Σύρματα ανάρτησης ● Ισοθερμικός θώρακας ● Θερμόμετρο Al 2 O 3 W (ø 20 μm) Pt/W (ø 25 μm) Nb Pt (ø 25 μm) Χημικά αδρανές, C back

17 χρονοδιακόπτης Πηγή ρεύματος (Heater) Πηγή ρεύματος (θερμομέτρου) Ψηφιακό βολτόμετρο Temperature controller Συνοπτική απεικόνιση του ηλεκτρονικού διαγράμματος του καλοριμέτρου Υψηλό κενό ~ mbar

18 ΣΥΝΟΨΗ-ΒΑΣΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ► Η μελέτη ηλεκτρικών, μαγνητικών και θερμικών ιδιοτήτων σε ενώσεις περοβσκιτών του τύπου La 1-x Pr x MnO 3 (x= ) και La 1-x Nd x MnO 3 (x= ) φανερώνει: α) Την ισχυρή επίδραση της σταδιακής μείωσης της στην τροχιακή και μαγνητική τάξη. β) Οι μετρήσεις DTA υποδεικνύουν πιθανή αλλαγή του χαρακτήρα της μετάβασης Jahn-Teller από 1 ης τάξης (LaMnO 3 ) σε 2 ης τάξης με την αύξηση του βαθμού αντικατάστασης. ► Οι μετρήσεις χ ac των ενώσεων La 1-x Pr x MnO 3+δ που υποβλήθηκαν σε οξειδωτικές συνθήκες δείχνουν δύο διαδοχικές FM μεταβάσεις σε ενδιάμεσες συγκεντρώσεις Pr. ►Η συσκευή μέτρησης της θερμοχωρητικότητας κατασκευάστηκε με κατάλληλη επιλογή των υλικών ώστε να είναι δυνατή η πραγματοποίηση των μετρήσεων με την αδιαβατική μέθοδο.


Κατέβασμα ppt "« ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΜΕΤΑΒΑΣΗΣ JAHN-TELLER ΚΑΙ ΤΗΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΤΑΞΗΣ ΥΠΟ ΤΗΝ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΤΩΝ ΚΑΤΙΟΝΤΩΝ ΣΕ ΠΕΡΟΒΣΚΙΤΕΣ ΤΟΥ Mn. ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΔΙΑΒΑΤΙΚΟΥ ΚΑΛΟΡΙΜΕΤΡΟΥ."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google