Nghiên cứu các tính chất từ và từ điện trở của các cấu trúc nano trên cơ sở vật liệu oxit có tính nửa kim loại và nhiệt độ chuyển pha từ cao

Nhóm nghiên cứu của PGS.TS. Nguyễn Phúc Dương tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu các tính chất từ và từ điện trở của các cấu trúc nano trên cơ sở vật liệu oxit có tính nửa kim loại và nhiệt độ chuyển pha từ cao” từ năm 2016 đến năm 2019.

Mục tiêu của đề tài là làm chủ công nghệ chế tạo các hệ hạt và các màng dạng hạt kích thước nanomet có cấu trúc perovskite kép và spinen; làm sáng tỏ vai trò của trật tự ion, trạng thái hóa trị, hiệu ứng pha tạp và hiệu ứng giảm kích thước lên các tính chất sắt từ nửa kim loại của các mẫu hạt nano, vai trò của các hợp chất sắt từ nửa kim loại như là nguồn cung cấp dòng điện tử đơn spin; và khống chế tỷ số từ điện trở trong các mẫu bột ép và các màng dạng.

Sau ba năm nghiên cứu, đề tài đã thu được các kết quả như sau:

Về nội dung các hệ perovskite kép có kích thước nanomet

Các tác giả đã tìm ra được quy trình thích hợp để chế tạo các mẫu perovskite kép trên cơ sở FeMo có vi cấu trúc dạng hạt nano bằng công nghệ sol-gel kết hợp ủ nhiệt trong môi trường khí khử N2/H2 hoặc Ar/H2 (10%vol H2). Độ trật tự của Fe và Mo và pha tạo chất (SrMoO4) có thể được điều khiển bằng cách thay đổi nhiệt độ ủ mẫu. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science of Adcanced Materials (Q1) và các công trình đăng ở tạp chí trong nước và kỷ yếu hội nghị.

Hệ hạt nano Sr2-xLaxFeMoO6 đơn pha (x = 0; 0,1; 0,2; 0,3 và 0,4) được chế tạo với nhiệt độ ủ 1200ºC trong thời gian 8 h. La3+ thay thế một phần cho Sr2+ dẫn tới hiệu ứng gia tăng điện tử ở vùng dẫn để đảm bảo điều kiện cân bằng điện tích, đồng thời sự có mặt của La còn thay đổi trật tự cation và giảm độ dẫn qua biên hạt. Các kết quả trong nội dung nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Journal of Alloys and Compounds (Q1).

Về nội dung các hạt nano pherit spinen

Các mẫu hạt nano Cu1-xNixFe2O4 (x =0; 0,3; 0,5; 0,7 và 1) được chế tạo bằng phương pháp phun sương đồng kết tủa. Các phân tích về cấu trúc, phân bố cation và tính chất từ, tương tác từ trong các hạt nano được công bố trên tạp chí Journal of Applied Physics (Q2). Số lượng công trình công bố: 3 bài tạp chí quốc tế ISI, 1 bài tạp chí trong nước, 1 bài Kỷ yếu Hội nghị quốc tế, 3 bài Kỷ yếu hội nghị quốc gia.

Trong quá trình thực hiện đề tài này, nhóm nghiên cứu đã xây dựng được phương pháp đánh giá độ phân cực spin của các vật liệu sắt từ kim loại thông qua hiệu ứng từ điện trở xuyên ngầm trong các cấu trúc gồm những điện cực kim loại từ tính phân tán đều trên nền vật liệu cách điện đóng vai trò là hàng rào thế đã được hoàn thiện thông qua các nghiên cứu về quy trình chế tạo vật liệu. Đây là một phương pháp đơn giản và tiện lợi giúp ta có thể mở rộng nghiên cứu sâu hơn tới các quá trình vận chuyển spin và đặc tính cấu trúc vùng điện tử trong các vật liệu nói trên. Về mặt định hướng ứng dụng, những hiểu biết này giúp định hướng nghiên cứu phát triển các cảm biến từ có độ nhạy cao và các linh kiện logic hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển spin đặc biệt là các linh kiện logic theo nguyên lý thuận nghịch. Từ các ý tưởng khoa học trên, nhóm nghiên cứu đề xuất đề tài có tên là: “Nghiên cứu các tính chất điện tử và độ phân cực spin của một số vật liệu sắt từ nửa kim loại dạng oxit và hợp kim” cho giai đoạn nghiên cứu tiếp theo.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16821/2019) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.P.D (NASATI)