Nghiên cứu chuyển pha cấu trúc lập phương tâm khối - lập phương tâm mặt trong kim loại, hợp kim

Hơn nữa qua nghiên cứu vi điện tử mức độ cao, ở nhiệt độ thấp cho thấy có thêm sự biến đổi không mong muốn của cấu trúctinh thể pha siêu dẫn, kèm theo chuyển dịch của các nguyên tử Fe và

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được thực hiện và hoàn thành tại Trường ĐHSP Hà Nội 2dưới sự hướng dẫn của Tiến sỹ Nguyễn Thế Lâm, trong quá trình hướng dẫnthầy đã truyền cho tôi những kinh nghiệm quý báu trong học tập và trongnghiên cứu khoa học Thầy luôn động viên và khích lệ để tôi vươn lên tronghọc tập và vượt qua những khó khăn Tôi đã từng bước tiến hành và hoàn

thành luận văn với đề tài “nghiên cứu chuyển pha cấu trúc lập phương tâm khối – lập phương tâm mặt trong kim loại, hợp kim”

Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng, biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đốivới thầy

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường ĐHSP Hà Nội 2,Khoa Vật Lý, Phòng sau đại học trường ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo mọi điều kiệnthuận lợi cho tôi hoàn thành chương trình cao học và luận văn tốt nghiệp

Tôi xin trân trọng cảm ơn Sở GD - ĐT Tuyên Quang, Trường THPTHàm Yên đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, các đồng chí đồng nghiệp và bạn bè

đã tạo điều kiện, động viên, đóng góp những ý kiến quý báu để tôi hoàn thànhluận văn này

Hà nội, tháng 09 năm 2010

Tác giả

Nguyễn Văn Tới

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả nghiên cứu của tôi, không saochép hoặc trùng với kết quả của bất kỳ tác giả nào đã được công bố Nếu saitôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà nội, tháng 09 năm 2010

Tác giả

Nguyễn Văn Tới

MỤC LỤC

TRANG PHỤ BÌA 1

LỜI CẢM ƠN 2

LỜI CAM ĐOAN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

MỞ ĐẦU 6

Chương I: CÁC LOẠI CHUYỂN PHA 8

1.1 Khái niệm về chuyển pha cấu trúc 8

1.2 Các loại chuyển pha 8

1.2.1 Chuyển pha loại I và chuyển pha loại II 8

1.2.2 Chuyển pha từ tính 11

1.2.3 Chuyển pha siêu dẫn 14

Chương II: MỘT SỐ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỀ CHUYỂN PHA CẤU TRÚC 19

2.1 Chuyển pha cấu trúc trong Fe1 Se 19

2.2 Chuyển pha từ tính và cấu trúc bậc một trong Fe 1+y Se x Te 1-x 31

2.2.1 Giới thiệu 31

2.2.2 Kết quả thí nghiệm và thảo luận 34

2.2.3 Kết luận 44

Chương III: CHUYỂN PHA CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI – LẬP PHƯƠNG TÂM MẶT 45

3.1 Mô hình lý thuyết chuyển pha cấu trúc lập phương tâm khối -lập phương tâm mặt 45

3.2 Chuyển pha cấu trúc theo nhiệt độ T 50

3.2.1 Sự phụ thuộc của khe năng lượng vào nhiệt độ đối với mạng lập phương tâm khối và mạng lập phương tâm mặt 50

3.2.2 Chuyển pha cấu trúc theo nhiệt độ lập phương tâm khối - lập phương tâm mặt 51

3.3 Chuyển pha cấu trúc theo tạp chất n 52

3.3.1 Sự phụ thuộc của khe năng lượng vào nồng độ tạp chất đối với mạng lập phương tâm mặt và mạng lập phương tâm khối 52

3.3.2 Chuyển pha cấu trúc theo nồng độ tạp chất, lập phương tâm khối – lập phương tâm mặt 53

3.3.3 Sự phụ thuộc của thế hóa vào nồng độ tạp chất đối với mạng lập phương tâm mặt và lập phương tâm khối 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

PHỤ LỤC 62

SQUID Lượng tử siêu dẫn

TEM Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền quaXSRD Phương pháp bột nhiễu xạ

- Đề tài là cơ sở lý thuyết để làm cơ sở cho thực nghiệm, để có thể tạo

ra một số vật liệu mới như mong muốn

- Xây dựng mô hình lý thuyết để giải thích chuyển pha cấu trúc nóichung

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu các tính chất và đặc điểm của mạng tinh thể lập phươngtâm khối và lập phương tâm mặt

- Nghiên cứu sự chuyển pha cấu trúc lập phương tâm khối - lập phươngtâm mặt

- Khảo sát sự phụ thuộc của các tính chất này vào nhiệt độ và tạp chất

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Tinh thể lập phương tâm khối, lập phương tâm mặt

- Các kim loại, hợp kim có chuyển pha cấu trúc

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp vật lý lý thuyết

- Phương pháp tính số.

6 Những đóng góp mới về khoa học, thực tiễn của đề tài

- Xây dựng mô hình lý thuyết để giải thích sự chuyển pha cấu trúc giữalập phương tâm khối – lập phương tâm mặt trong kim loại và hợp kim

- Từ mô hình lý thuyết này sẽ định hướng cho thực nghiệm để có thểchế tạo những vật liệu có nhiệt độ chuyển pha khác nhau phục vụ cho việcphát triển vật liệu mới

7 Cấu trúc luận văn

- Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo, nội dungluận văn được trình bày trong 3 chương

Chương 1: Các loại chuyển pha

Chương 2: Một số kết quả thực nghiệm về chuyển pha cấu trúc

Chương 3: Chuyển pha cấu trúc lập phương tâm khối - lập phương tâmmặt

Chương I

CÁC LOẠI CHUYỂN PHA

1.1 Khái niệm về chuyển pha cấu trúc

Chuyển pha cấu trúc là sự thay đổi trạng thái đối xứng của hệ Trạngthái đối xứng bao gồm một vài khả năng sau:

- Sự sắp xếp của các nguyên tử hoặc phân tử Ví dụ, tan chảy băng hoặcnước ở trạng thái lỏng trở thành trạng thái khí (hơi nước) là các ví dụ về thayđổi sắp xếp các phân tửH2O;

- Sự giảm tính đối xứng Chúng ta thảo luận dưới đây hai ví dụ - tínhchất sắt từ và tính sắt điện;

- Sự tồn tại đồng thời các miền không gian có những tính chất khácnhau Ví dụ, một chất bán dẫn có thể pha tạp để tạo ra các hạt mang điện linhđộng – hoặc là các electron hoặc các lỗ trống – có thể phản ứng với mộttrường điện và tạo ra một dòng điện Tuy nhiên, đôi khi, thay cho việc tạo ra

một mật độ đơn các hạt mang điện p (= số hạt mang/thể tích), vật liệu phân

tách pha thành các miền không gian có mật độ hạt mang cao hơn và thấp hơn(thấp hơn có thể bằng không)

1.2 Các loại chuyển pha

1.2.1 Chuyển pha loại I và chuyển pha loại II.

- Chuyển pha loại I: Các loại chuyển pha mà trong đó năng lượng của

hệ thay đổi không liên tục được gọi là chuyển pha loại I VD Sự tan chảybăng hoặc nước từ trạng thái lỏng chuyển sang trạng thái hơi đều là chuyểnpha loại I

- Chuyển pha loại II: Các loại chuuyển pha mà trong đó năng lượng của

hệ thay đổi liên tục, nhưng đạo hàm của năng lượng so với nhiệt độ thì thay

đổi không liên tục Nhớ rằng, nhiệt dung c v hoặc c p là đạo hàm của nănglượng đối với nhiệt độ:

Khi có sự chuyển pha loại II làm thay đổi sắp xếp nguyên tử, có thể dễ

dàng thấy sự thay đổi bằng nhiễu xạ tia X, nhiễu xạ nơtron, hoặc quét hiển vi

tia rò Hình 1.1 minh họa khái niệm định tính Chúng ta hãy bắt đầu với mộtphân tử cô lập, do mọi hướng trong không gian đều tương đương nhau vì thế

sự đối xứng là khá cao Thực ra, sự đối xứng cũng tương đương đối xứngtrong không gian ba chiều Giả sử ta sắp xếp các phân tử theo một cách có trật

tự, trong không gian ba chiều thì hai dạng có sự sắp xếp đối xứng cao nhất làdạng hình lập phương và hình lục giác Chú ý, mặc dù ta không thể thay đổicác bậc nhỏ giữa một hình lục giác và một hình lập phương, nhưng thay vào

đó ta có thể thay đổi giữa hình lục giác và hình lập phương liên quan đếnchuyển động phân tử xung quanh một khoảng cách xác định với sự suy giảmnăng lượng nhất định Do đó, một sự chuyển pha giữa cấu trúc lục giác và cấutrúc hình lập phương là chuyển pha loại I

Bây giờ xem xét hình lập phương Nếu ta tạo một trục lớn hơn hoặcnhỏ hơn một chút so với hai trục còn lại, thì hình lập phương thành một hìnhkhối chữ nhật Hình khối chữ nhật có đối xứng khác và thấp hơn so với hìnhlập phương Bởi vì sự khác nhau về các trục là nhỏ nếu chúng ta vẫn có dạnghình chữ nhật với năng lượng cần thiết để tạo nên sự thay đổi tính đối xứng cóthể tiến đến không Điều đó nghĩa là, năng lượng qua vùng biên từ đối xứnghình lập phương thành đối xứng hình chữ nhật là liên tục Do đó, một sự

chuyển pha từ đối xứng hình lập phương sang đối xứng hình chữ nhật là một

sự chuyển pha loại II

Có một quan điểm khác về ý kiến thay đổi sự đối xứng này Khi chúng

ta nói một vật thể có đối xứng dạng cầu, chúng ta muốn nói rằng tất cả cáchướng đều tương đương, nghĩa là, hướng này hoặc hướng kia đều như nhau

Do vậy, trong đối xứng dạng cầu, hai vật có các véc tơ chỉ hướng khác nhau

là tương đương Điều này nghĩa là bất kỳ hướng nào có véc tơ chỉ tới đềubằng với bất kỳ hướng khác, vì thế bậc của các véc tơ cũng không có bậcnào cả hình 1.1 và quan sát cả hai thay đổi từ đối xứng dạng cầu sang dạnglập phương và từ dạng lập phương sang đối xứng hình khối chữ nhật Có mộtvài thay đổi mà ta có thể thực hiện đối với một hình lập phương để duy trìtrạng thái hình lập phương như:

Hình 1.1 Minh họa sự thay đổi từ đối xứng dạng cầu sang dạng lập

phương, lục giác và từ dạng lập phương sang đối xứng hình khối chữ nhật

Sự thay đổi tính đối xứng cũng là một hiện tượng chuyển pha

Hình sáucạnh

Hình khốichữ nhật

- Thay đổi các trục từ x sang y đến z;

- Quay xung quanh trục giữa của hình lập phương 0

Tuy nhiên, không phải tất cả các hướng đều tương đương, dĩ nhiên một

số nhỏ các hướng được so sánh trong một hình cầu Vì thế hệ thống có trật tựhơn một hình lập phương – nghĩa là có ít hướng tương đương hơn Điều này

có tính chất phổ biến và quan trọng: đối xứng thấp hơn và bậc cao hơn (ít tínhngẫu nhiên hơn) luôn đi cùng với nhau Khi chúng ta so sánh thay đổi mộthình lập phương thành một hình khối chữ nhật, đối xứng lại giảm và cáchướng tương đương với số bậc tăng

vị các nam châm thanh nhỏ trên một đơn vị thể tích vật chất Hầu hết các vậtchất – có một mức độ từ hóa nhất định Tuy nhiên, với sự tác động của từtrường bên ngoài, các nam châm nhỏ trong hầu hết vật chất không có hướngxác định Thay vào đó, chúng có hướng ngẫu nhiên Chú ý, đối với các namchâm nhỏ, có một sự đối xứng tối đa, tất cả các hướng đều tương đương và cóbậc tối thiểu (thực ra, không có bậc nào cả) Nếu ta đưa vào một từ trườngngoài, các thanh nam châm nhỏ bên trong vật liệu sẽ phản ứng với một vài vậtliệu (được gọi là thuận từ), năng lượng của vật liệu có thể thấp hơn nếu vậtliệu đó đặt trong từ trường Những vật liệu có năng lượng thấp hơn có thể di

chuyển tới vùng có từ tính cao hơn Được minh họa hiện tượng này trong hình1.2 trong hình này đã mô tả một vật liệu nghịch từ có chuyển động vật lý đếncực từ với từ trường lớn hơn Đây là một từ thông có thể hiểu là số các đường

từ trường trên mỗi tiết diện mặt cắt ngang

Những hiện tượng xảy ra với vật liệu thuận từ và vật liệu nghịch từchính là từ trường ngoài sinh ra một lực từ hóa, và một từ trường bên trongvật liệu Nếu từ trường này làm tăng từ trường ngoài, vật liệu có tính chấtthuận từ, trong khi nếu từ trường sinh ra chống lại từ trường ngoài, vật liệu sẽ

có tính chất nghịch từ Không vật liệu nào có lực từ hóa mạng – hoặc từtrường bên trong khi không bị tác động bởi từ trường bên ngoài, bởi vì từ hóavật liệu được tạo ra duy nhất bởi từ trường ngoài

Tuy nhiên, có một vài loại vật liệu có lực từ hóa mạng, và từ trườngbên trong khi không bị tác động bởi từ trường bên ngoài Những vật chất nàybao gồm sắt, coban, niken và gađôlini có chứa các thành phần sắt từ Mỗithành phần này, và tất cả các vật liệu sắt từ khác có một số điểm chung:

Hình 1.2 Minh họa loại vật liệu được xác định là nghịch từ, những vật liệu này hạthấp năng lượng của chúng bằng chuyển động tới các miền có từ trường thấp hơn.Hầu như bất kỳ loại vật liệu đều ở dạng thuận từ hoặc nghịch từ Vật liệu thuận từchuyển động tới các miền có từ trường lớn hơn, trong khi các vật liệu nghịch từ

ngược lại

NGHỊCH TỪ

Các cực nam châm

- Sự có mặt của nam châm nhỏ có hướng ưu tiên nhất định, không phảingẫu nhiên;

- Các hướng ưu tiên tương đối ít về số lượng nhưng tương đương Vì

thế nếu các hướng (x) và (y) dường như là các hướng ưu tiên, chắc chắn sẽ xác định được hướng các nam châm nhỏ theo hướng (x) cũng như hướng (y);

- Có một phạm vi nhiệt độ (thông thường, nhưng không luôn luôn làcác nhiệt độ thấp nhất) mà hiện tượng từ hóa mạng có thể xảy ra Tuy nhiên,tại một nhiệt độ xác định có hướng ưu tiên đi ra và tất cả các hướng đều tươngđương

Vì thế trong khi các nguyên tử vẫn ở trạng thái đối xứng của chúng, từhóa thay đổi trạng thái đối xứng từ cao (tất cả các hướng tương đương, không

từ hóa mạng) đến đối xứng thấp hơn (từ hóa mạng) Đây thực ra là bản chấtcủa một hiện tượng mà người ta gọi là tính chất sắt từ Sắt, côban, niken,gađôlini, và mọi vật liệu có tính chất sắt từ khác có một nhiệt độ chuyển phanhất định gọi là Nhiệt độ Curie, sau Pierre Curie (chồng của Madame Curie),một nhà khoa học người Pháp nổi tiếng đầu thế kỷ XX Chính các electrontrong vật liệu gây ra hiện tượng từ hóa và sắt từ, và chính sự đối xứng củanhững electron quyết định vật liệu ở trạng thái sắt từ hoặc trạng thái không cótrật tự từ hóa

Tính chất sắt từ không phải là trạng thái từ có trật tự duy nhất Ta cóthể minh họa hai loại trật tự từ tầm xa Các mũi tên thể hiện các nam châmthanh nhỏ (từ hóa) Chú ý, như hình 1.3 minh họa tất cả các nam châm nhỏ cóthể được chỉnh hàng song song, tạo thành tính chất sắt từ Tuy nhiên, nhưminh họa trong hình 1.4, các nam châm lân cận có thể được chỉnh hàng ngượclại Điều này tạo ra tính chất phản sắt từ, tính chất này được Neel phát minhtại Pháp trong những năm 1930 Ngày nay, như trong hình 1.5 minh họa, sựkết hợp các lớp sắt từ, với các lớp lân cận được chỉnh hàng có tính chất phản

sắt từ, được sử dụng để sản xuất các đĩa cứng từ có mật độ bộ nhớ thông tincao nhất.

1.2.3 Chuyển pha siêu dẫn.

Một sự chuyển pha đưa tới các khái niệm mới và công nghệ mới là tínhsiêu dẫn Vào năm 1911, Tiến sĩ Onnes phát hiện ra tính chất siêu dẫn Ông

đã nghiên cứu được cách hóa lỏng heli, một chất tồn tại ở dạng khí dưới ápsuất khí quyển trong mọi nhiệt độ Điều này giúp ông thu được các nhiệt độthấp xấp xỉ 3K, trong khi vào thời điểm đó, nhiệt độ thực tế thấp nhất có đượcchỉ dưới 77K một chút, hay nhiệt độ điểm sôi của khí ni tơ Ông thiết kế một

N S N S N S

Hình 1.3 Minh họa, tất cả các nam

châm nhỏ có thể được chỉnh hàng

song song, tạo thành tính chất sắt

từ

N S S N N S

S N N S S N

N S S N N S

Hình 1.4 Các nam châm lân cận có thể

được chỉnh hàng ngược lại Điều này tạo

ra tính chất phản sắt từ, tính chất này đượcNeel phát minh tại Pháp trong những năm1930

ABA

Hình 1.5 Minh họa, sự kết hợp các lớp sắt từ, với các lớp lân

cận được chỉnh hàng có tính chất phản sắt từ

thiết bị nhỏ mà trong đó khí heli sẽ hóa lỏng, và cho các kim loại khác nhauvào trong heli lỏng (ở nhiệt độ 4.2K) để xem hiện tượng gì xảy ra Khi ôngcho một mẩu chì vào trong heli lỏng, điện trở suất của chì giảm tới không.Nhắc lại khái niệm về điện trở suất, như trong hình 1.6 Nối một pin – tạo ramột sự chênh lệch về năng lượng về điện năng (V) – đối với hai đầu của mộtmẩu kim loại Các electron trong kim loại sẽ bị giảm thế năng của chúng do dichuyển tới cực dương của pin Các electron chịu sự va chạm (chủ yếu là vachạm vào vào các sai hỏng, nút mạng trong vật liệu và nguyên tử) trong vật

liệu tại các vị trí X trong hình 1.6 và electron bị mất năng lượng, sau đó bắt

đầu lại Kết quả là tạo ra một dòng điện (I) Điện trở suất R = V/I Chú ý rằngnếu điện trở suất thấp, điều này có nghĩa là electron nhận được chênh lệch vềđiện thế rất nhỏ (thế năng) để tạo ra một dòng điện

Điều mà Tiến sĩ Onnes khám phá ra chính là điện trở suất của mẩu chìđột ngột giảm xuống không (mức tốt nhất mà ông có thể xác định được) tạimột nhiệt độ cụ thể xấp xỉ 8.0K Chì thấp dưới 8.0K sẽ có một dòng điệnkhông cần điện áp Sự thay đổi đột ngột từ trạng thái một kim loại thôngthường sang trạng thái mới, làm cho các nhà khoa học kết luận trạng thái mớinày là trạng thái siêu dẫn Phải mất 15 năm, cho đến tận năm 1956 con người

Hình 1.6 Minh họa hiện tượng các electron trong kim loại sẽ bị giảm năng lượngcủa chúng do di chuyển tới cực dương của pin và va chạm với các nút mạng (chủyếu là các sai hỏng trong vật liệu và nguyên tử - trên hình vẽ là các vị trí X)

I

bắt đầu phát triển một giải thích về hiện tượng siêu dẫn, khái niệm này sau cótên gọi là thuyết BCS (của ba nhà vật lý John Bardeen, Leon Cooper vàRobert Schrieffer), là một trong những tiến bộ lớn về vật lý trong thế kỷ XX,cung cấp giải thích vĩ mô về hiện tượng siêu dẫn.

Tính siêu dẫn là một sự chuyển pha – các đặc tính điện và từ của cùngloại vật chất là hoàn toàn khác nhau về các trạng thái siêu dẫn và thôngthường Vì thế sẽ có sự chênh lệch về mức đối xứng giữa hai trạng thái.Nhưng sự chênh lệch về đối xứng này là gì? Nó không phải là sự sắp xếp cácnguyên tử; các nghiên cứu chi tiết về mạng tinh thể bằng nhiễu xạ tia X chứngminh rằng nguyên tử duy trì trật tự tinh thể tương tự trong cả hai trạng thái.Thay vào đó, sự chênh lệch đối xứng sinh ra hoàn toàn do các electron Sauđây có thể giải thích tóm tắt về hiện tượng này như sau:

Điện và từ được James Clerk Maxwell hợp nhất vào năm 1865, mộtngười Scốtlen ở Anh Ông đã giải thích các điện trường (E) hoặc các từtrường (B) thay đổi có thể ảnh hưởng đến nhau như thế nào Những tình trạngđối xứng này là:

0/

chân không, ( n) là hằng số điện môi của không gian tự do (8,810 -12 F/m),

( ) là điện môi của không gian tự do 7

10 4

điện do dòng điện tích trong vật chất (A/m 3)

Chú ý rằng phương trình (1.3) ở trên Khi độ phân kỳ một véc tơ bằngkhông, véc tơ có thể được viết như sau: BA

Trong đó (A) là một véc tơ tùy ý có tên gọi là thế véc tơ, thực ra không chỉ

(A) là tùy ý, nó còn là véc tơ duy nhất Xem véc tơ khác (A 2): A2 A.Trong đó () là một hàm vô hướng có các đạo hàm thứ nhất với x, y và z Vìthế véc tơ đơn vị : ()0 Do vậyluôn đúng: BAA2

Vì thế có một đối xứng ở đây – tất cả các véc tơ (A) và (A2) là tươngđương Đối xứng này được gọi là bất biến chuẩn hoặc đối xứng chuẩn.Những gì mà người ta đã nghiên cứu chính là trong trạng thái thông thường,một kim loại có bất biến chuẩn, nhưng khi vật liệu trải qua quá trình chuyểnpha siêu dẫn, bất biến chuẩn này bị phá vỡ, và những thế véc tơ khác nhaunày cũng không còn tương đương Đây là sự mất đối xứng đối với chuyểnpha siêu dẫn BCS

Thực ra, pha hoặc trạng thái siêu dẫn không chỉ đơn thuần là sự suygiảm bất biến chuẩn Trong trạng thái thông thường electron hoặc ion lànhững hạt tải điện Trong trạng thái siêu dẫn, một số hiện tượng mới xảy ra

Ta đã đề cập ngắn gọn sự khác biệt giữa một hạt Fermion và một hạt bozon

và nhận thấy rằng các electron là các hạt fermi ; mỗi hạt electron có một độnglượng góc là Sh/2, trong đó S[(1/2)(3/2)]1/2 và h6,63 x10-34Js Khimột kim loại trải qua quá trình chuyển pha siêu dẫn, một cặp electron – có têngọi là cặp Cooper – được tạo thành Hai electron tạo thành cặp cũng giốngnhư hai nam châm, có hai cách để cặp đôi: tăng động lượng góc riêng, hoặchủy động lượng góc riêng của chúng Trong hầu hết các vật liệu siêu dẫn –nhưng không phải tất cả!- hai electron cặp đôi để triệt tiêu động lượng gócriêng của chúng Vì thế cặp hai hạt electron Cooper có động lượng góc bằngkhông Bởi vì động lượng góc có S[(0)(1)]1/2 0, hai electron bao gồm mộtbozon Như đã đề cập, nhưng chưa được chứng minh, bozon có đặc tính là bất

kỳ số bozon có thể chiếm được trạng thái năng lượng tương tự - đặc biệt,

trạng thái năng lượng thấp nhất Cách thức mà nó hoạt động trong các chấtsiêu dẫn khám phá ra trước năm 1986, các hạt electron tạo thành cặp hạtCooper đều cùng có mức năng lượng thấp nhất như nhau, sẽ chịu tác dụng củađiện trường và tạo thành một dòng điện.

Những cặp hạt Cooper này không dễ dàng tách ra được, ở nhiệt độ thấpnày các cặp hạt Cooper tồn tại một thời gian cực dài Kết quả là dòng điệntrong một chất siêu dẫn (siêu dòng điện) gần như tồn tại vĩnh viễn Vì nhữngcặp hạt Cooper không mất năng lượng, điện trở suất của chúng bằng không,giải thích cho điều mà Tiến sĩ Onnes phát hiện vào năm 1911

Chương II

MỘT SỐ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỀ CHUYỂN PHA CẤU TRÚC

2.1 Chuyển pha cấu trúc trong Fe1 Se

Fe1.01Se siêu dẫn xảy ra một qúa trình chuyển pha cấu trúc ở 90K từdạng pha tứ diện sang pha orthorhombic còn Fe1.03Se không siêu dẫn thìkhông có sự chuyển pha này Hơn nữa qua nghiên cứu vi điện tử mức độ cao,

ở nhiệt độ thấp cho thấy có thêm sự biến đổi không mong muốn của cấu trúctinh thể pha siêu dẫn, kèm theo chuyển dịch của các nguyên tử Fe và vật liệukhông siêu dẫn cho thấy một biến đổi có tính cấu trúc phức tạp và khác nhau

ở bậc kích thước nano Cuối cùng chúng ta có thể thấy được từ trường khôngphải là yếu tố điều khiển sự chuyển pha trong pha siêu dẫn

Sự khám phá ra nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn đạt tới 55K trong hợpchất FeAs dựa trên [62, 50] làm tăng thêm một cách đáng kể các câu hỏi liênquan tới vật lý cơ bản Các hợp chất chứa các cấu trúc với các lớp tứ diệnFeAs phân tách nhau bởi các ion kim loại [62-43,37,55] các hợp chất khôngpha tạp là các chất không siêu dẫn, thể hiện sự chuyển pha cấu trúc từ pha tứdiện sang pha orthorhombic Bậc từ tính và mômen giảm nhiều so với giá trịcủa F2+ tự do, hình thành ở dưới hoặc gần nhiệt độ chuyển pha cấu trúc ở cáchợp chất pha tạp [42,31,34], bậc sắt từ và sự biến đổi cấu trúc như nhau và sựsiêu dẫn xuất hiện Tuy nhiên sự liên quan giữa cấu trúc, từ tính và sự siêudẫn vẫn còn chưa giải quyết được Với một tập hợp các hỗn hợp bao gồmLnO1-xFxFeAs, các báo cáo cho rằng sự chuyển pha cả về cấu trúc và trật tự

từ tính (Ln = La) hoặc chỉ có bậc từ tính (Ln = La), hoặc trường hợp khác (Ln

= Sm) [3] là cần thiết cho sự xuất hiện siêu dẫn Hợp chất đơn giản, FeSedạng tứ diện (dạng “”, kí hiệu cho dạng “FeSe”) có cùng cấu trúc (hình

2.1(a) và gần đây được công bố là siêu dẫn ở 8.5K [13] Hợp chất này cho ta

cơ hội duy nhất để nghiên cứu vai trò của cấu trúc, từ trường và siêu dẫntrong loại cấu trúc này do tính chất hóa học khá đơn giản Sắt Selen có cáclớp Fe2Se2 đẳng cấu với Fe2As2 nhưng lại thiếu tính thay thế hóa học trunggian có thể ảnh hưởng tới tính chất điện và tính chất cấu trúc giữa các lớp sắt

Ở đây trình bày các đặc điểm cấu trúc ở nhiệt độ thấp của Fe1.01Se (T 8.5K)

và Fe1.03Se (không có TC 0.5K) nghiên cứu bởi kính hiển vi điện tử truyềnqua (TEM), phương pháp bột nhiễu xạ (SXRD) và nhiễu xạ electron (ED).Các dữ liệu này cho thấy sự chuyển pha cấu trúc phức tạp hơn nhiều so vớinhững dự đoán trước kia, và sự biến dạng về cấu trúc là thực sự liên quan tớisiêu dẫn Kết hợp với các phép đo Mössbauer các kết quả này vẽ ra bức tranhphức tạp trong vai trò giữa cấu trúc, từ tính và siêu dẫn tác động lên sắt –Selen

Với các mẫu cùng loại như đã nói ở trên thì dữ liệu SXRD [52] dữ liệuđược thu thập trên SUNY X16C Sự điều chỉnh nhỏ dữ liệu SXRD cũng đượctiến hành với việc dùng GsAs [24] với hệ giao thoa EXPGUI [5] Dãy (001)

có xu thế chỉnh về mặt định hướng, thông thường cần thiết cho các cấu trúc bịphân lớp, được áp dụng theo phương pháp March – Dollase TEM và EDđược xây dựng ở nhiệt độ phòng và 11K trên các mẫu dạng bột đặt trên kínhhiển vi điện tử JEOL 2100F được trang bị bộ làm lạnh (sử dụng heli lỏng làmlạnh) phổ Mössbauer của Fe được ghi lại trong dạng hình học chuyển tiếp (1)bằng cách dùng máy phổ để khớp phổ thực nghiệm Các giá trị dịch đượctrích dẫn đầy đủ cho  Fe tại 293K

Ở nhiệt độ phòng cả Fe1.01Se và Fe1.03Se đều được mô tả bởi các ômạng đơn vị dạng tứ diện lý tưởng Sự điều chỉnh phản hồi của dữ liệu SXRDtại nhiệt độ phòng của các vật liệu Bằng phương pháp cân bằng hóa học đượcdùng đến khi sử dụng các mô hình chứa các khe sắt hoặc vùng trống Selen

như đã mô tả ở trên Các biểu thức điều chỉnh nằm trong khoảng 26 của tổhợp nhỏ với mọi loại mô hình được dùng đến Sự chuyển pha là gần như cótính cân bằng hóa học thống nhất với các kết quả nhiễu xạ neutron trong cácmẫu như nhau Do ở đây có sự bỏ qua sự khác nhau định tính của tính phùhợp giữa các mô hình có các khe hở sát với sự thiếu hụt Selen, đối với sự tinhchế cuối cùng, sự thiếu Selen được giả thiết là sự chiếm chỗ Slen được thiếtlập tại giá trị quy định trong từng trường hợp (nói cách khác, các hệ thức cótính cấu trúc của FeSe0.99 và FeSe0.97 với Fe1.01Se và Fe1.03Se tương ứng) Cáctham số cấu trúc tinh thể cuối cùng được biểu diễn trong bảng 2.1 chúng rấtgiống nhau, với các sai lệch rất nhỏ theo các trục, tính trong một đơn vị thểtích tế bào.

Ngược lại, Fe1.01Se và Fe1.03Se thể hiện rất nổi bật sự khác biệt về cơchế ở nhiệt độ thấp Tại 20K, Fe1.01Se

Bảng 2.1 Các tham số từ cấu trúc mạng theo Rietveld của SXRD đối với

Fe1.01Se và Fe1.03Se sự phản xạ gương của sắt hoặc FeSe(hex) <3% ở trạng thái tinh

Trải qua cấu trúc đối xứng thấp hơn, bằng chứng là có sự tách đáng kểcác đỉnh nhiễu xạ, ngược lại Fe1.03Se vẫn còn giữ nguyên dạng tứ diện vữngchắc khi không có sự tách đỉnh trong giới hạn xử lý ở SXRD đối với cấu trúctriclinic đã được gợi ý trước đây Cấu trúc orthorhombic của Fe1.01Se tương tựvới những gì đã quan sát được trong hỗn hợp của siêu dẫn FeAs – lased Sựbiến dạng về mặt cấu trúc dẫn đến một sự xuắn cố kết (trừ dạng lý tưởng 900)của các cặp Se trên dưới cấu thành nên từng tứ diện Fe – Se, và mô tả đượcbởi 5 tham số Góc xoắn () giữa các cặp Selen, 2 khoảng cách Fe – Fe (dFe1

và dFe2), độ dài liên kết Fe – Se (BLFe-Se) và góc trên Se – Fe – Se () Sự phụthuộc vào nhiệt độ của các tham số này biểu diễn ở hình 2.1(c) [9] Sự chuyểnpha xảy ra trong Fe1.01Se xuất hiện ở gần 90K, phù hợp với điện trở suất vàcác phép đo các độ dài liên kết Fe – Se và các góc liên kết Se – Fe – Se, trongphạm vi sai số, đều giống với của Fe1.01Se và Fe1.03Se , và cũng chẳng có dấuhiệu thay đổi về các đặc tính về cấu trúc nói trên tại điểm chuyển pha Ngượclại, góc biến dạng  trong Fe1.03Se bằng 900 độc lập với nhiệt độ, còn với

Fe1.01Se lại thay đổi từ 90 ở nhiệt độ cao đến0 89.70 ở 20K Độ biến đổi 0.30gần bằng biên độ xoắn đã quan sát được trong LaFeAsO (Dấu sao ở hình2.1(c) Các khoảng Fe – Fe ở nhiệt độ trên 90K là như nhau đối với cả hai hỗnhợp Khi ở dưới nhiệt độ chuyển pha, một độ dòng Fe – Fe trong Fe1.01Se(dFe2) h có ngắn đáng kể còn độ dài thứ hai (dFe1) kết quả này là sự sai kháctrung bình Fe – Fe cỡ 0.012 Å ở nhiệt độ thấp của Fe1.01Se Đây là sự sai lệchrất nhỏ, nhưng lần nữa lại tương tự với biên độ sai khác giữa các khoảng cách

Fe – Fe trong hợp chất không pha tạp LaFeAsO (2.855 Å – 2.841 Å =0.014 Å), thậm chí khoảng cách tuyệt đối Fe – Fe về căn bản ngắn hơn trong FeSe(2.66 Å trong FeSe so với 2.83 Å trong LaFeAsO)

Dữ liệu SXRD cho thấy Fe1.01Se trải qua quá trình chuyển pha trở thànhpha dạng orthorhombic tại 90K Sự xoắn tương tự cũng quan sát được trong

Hình 2.1 Cấu trúc và tính siêu dẫn của Fe1.01Se và của Fe1.03Se

Hình 2.1(a) Cấu trúc tứ diện của Fe – Se bao gồm các lớp hai chiều

Hình 2.1(b) Tính chất siêu dẫn của Fe1.01Se có cấu trúc xoắn orthorhombic chỉ rabằng các đỉnh nhọn trong SXRD nhưng với Fe1.03Se thì không siêu dẫn (được chỉ rabằng các mũi tên)

Hình 2.1(c) Khi được làm lạnh Fe1.01Se sẽ có hai cấu trúc tứ diện với khoảng cách

Fe – Fe thành hai nhóm khác biệt, Fe1.03Se không siêu dẫn thì có nhiều hơn cácthành phần không hợp thức phổ SXRD chỉ ra là dFe1 không bằng dFe2 Góc biếndạng và không biến dạng của Fe1.01Se là rất giống nhau tương tự như trong hợp kimLaFeAsO

các hỗn hợp không pha tạp và pha tạp nhẹ FeAs – Baesed Và thuộc tínhgiống như sự tăng lên của trật tự từ được thể hiện ở phần tài liệu tham khảo[31] Trong Fe trật tự từ không thể quan sát được phổ Mössbauer hình 2.2(b)cho thấy không có các đỉnh nhọn hoặc sự thay đổi khác xung quanh sựchuyển pha Có nghĩa là trật tự từ không bị thay đổi quan trọng hơn là tínhchất từ và các dữ liệu hiện tại cho thấy sự dao động từ trong Fe1.01Se sẽnhanh hơn ở khoảng thời gian là 107s trong hiệu ứng Mössbauer điều nàycho thấy cấu trúc của sự chuyển pha trong các vật liệu có nền là Fe là khôngthay đổi từ tính Tương tự với các vật liệu có nền là FeAs với điều kiện hiệntại chỉ ra cấu trúc xoắn cũng không có trật tự từ [34] Mặt khác cấu trúc xoắn

và trật tự từ có thể đồng thời xảy ra [2] hoặc riêng biệt theo thời gian sự kếthợp của trật tự từ và cấu trúc xoắn đã được chỉ ra ở các hiện tượng chuyểnpha về cấu trúc mạng và sự thay đổi trật tự từ trong các hiệu ứng khác nhau.Phần nhiễu xạ electron ở nhiệt độ thấp chỉ ra rằng sự chuyển pha cấu trúc làphức tạp hơn ở trong vật liệu siêu dẫn Fe1.01Se Ở nhiệt độ phòng thì nhiễu xạelectron là khẳng định vật liệu có cấu trúc tứ diện theo SXRD hình 2.3(a).Tuy nhiên ở nhiệt độ thấp thì sự phản xạ toàn phần xuất hiện Các phản xạ

này là các phản xạ có tại mọi trường hợp (kk0) k + k = 2n, h, k = lẻ (e.g.

9110), là rất lạ lùng, chúng không phù hợp với đối xứng Cmma tìm thấy bởi

SXRD mà ở đó yêu cầu là (hk0), h, k = 2n Sự tán xạ bội, có thể dùng để giải

thích sự không thống nhất này, lại không thể là nguồn gốc của sự xuất hiệnphản xạ phụ trợ, vì sự tán xạ này chỉ tồn tại dưới điểm chuyển pha và cả haimẫu được lấy từ cùng một nhóm mẫu Thay vào đó, sự xuất hiện của các phản

xạ nói trên chỉ ra rằng cấu trúc thực tế ở nhiệt độ thấp của siêu dẫn Fe1.01Se cómột sự sai khác nhỏ so với đối xứng Cmma

Các phản xạ ngoài lại không mong đợi cũng quan sát được trong EDvới chất không siêu dẫn Fe1.03Se tại T= 11K hình 2.3(d) Các phản xạ ngoạilai này không thể thiết lập số liệu được khi dùng các tế bào đơn vị dạng tứdiện cho bởi SXRD Sự mở rộng siêu tế bào 2x 2 trong mặt phẳng Basal(giống như trong Fe1.01Se) là cần thiết Trong tế bào mở rộng này, phản xạ

ngoại lai xuất hiện không chỉ ở mọi nơi (hk0), k + k =2n, h, k = lẻ, như ở

Fe1.01Se mà còn ở cả (h00), k = lẻ và (0k0), k lẻ Điều này bất chấp cả sự

không quan sát được sự đối xứng thấp cho bởi SXRD

Hình 2.2 Cấu trúc biến dạng của Fe1.01Se và Fe1.03Se

Hình 2.2(a) Kiểm tra XSRD của sự phản xạ đối với Fe1.01Se cho thấy xuất hiện cấutrúc biến dạng orthorhombic ở gần 90K phần SXRD ở 50K của Fe1.03Se không xảy

ra sự biến dạng

Hình 2.2(b) Phổ Mössbauer của Fe1.01Se là không thay đổi khi nhiệt độ giảm

xuống với cấu trúc biến dạng

Vận tốc

Các hình ảnh không gian có từ kính hiển vi điện tử truyền quan TEMtại nhiệt độ thấp, cho ở hình 2.4(a,b), được dùng để khảo sát xa hơn quá trìnhđiều biến cấu trúc nhỏ Với Fe1.01Se, có các viền mạng cách nhau rất gần cóđịnh hướng và phân bậc trên một diện tích rộng (trên 50nm) Tuy nhiên với

Fe1.03Se, không cho thấy được sự đồng đều rộng Vài vùng xuất hiện dạng tứdiện với các viền đôi có cùng độ rộng như trong Fe1.01Se Các vùng khác cócác viễn dạng dải rọc theo một hướng, như Fe1.01Se, nhưng rộng gấp đôikhoảng cách hai dải Các vùng này nhỏ (c.a 5nm) Các biến đổi Fourie củacác vùng khác nhau của ảnh chụp micro TEM của Fe1.01Se cho thấy cả hai tậpphản xạ ngoại lai (so sánh trong hình 2.3(d) xuất hiện đồng thời và đến từ cácvùng của mẫu với các viền có kích thước gấp đôi và là nguồn gốc của sự siêuphản xạ, xuất hiện ở các vùng có kích thước nano Kích thước nano của cácvùng có cấu trúc bị phân bậc trong Fe1.03Se phù hợp với sự đứt gãy của các

Hình 2.3 Nhiễu xạ electron của Fe1.01Se và Fe1.03Se trong cấu trúc orthorhombic

Hình 2.4

trật tự dài do khuyết tật về cấu trúc bắt buộc phải có trong vật liệu loại này.Tuy nhiên, sự nóng lên và lạnh đi của mẫu cho thấy các vùng cỡ nano hìnhthành tại các chỗ khác nhau trong từng chu kỳ làm lạnh, án chỉ rằng chúngkhông dễ bị loại bỏ Nghĩa là các khuyết điểm trong Fe1.03Se sẽ còn ảnhhưởng nhiều hơn cả sự phá vỡ bậc tầm xa của sự chuyển pha cấu trúc

Dữ liệu hiện tại không cho phép phân chia rõ ràng Nguồn gốc của đốixứng thấp trong Fe1.01Se hay tính tự nhiên chính xác của sự biến dạng cấu trúcbậc nano trong Fe1.03Se Một vài kết luận chung có thể rút ra được, nhưng từcác lý do của hoá học tinh thể với cả 2 loại Fe1.01Se và Fe1.03Se cả hai điều

kiện phản xạ trong cùng mặt phẳng Được đánh số theo F các siêu tế bào

erthorbanle của Fe1.01Se trong cả hai trường hợp đều phải không xuất hiện

(0k0), h + k = 2n, h k lẻ và [(h00), h = lẻ và (0k0), k lẻ] Điều kiện đầu đến từ

sự tồn tại của sự trượt mặt phẳng chạy qua các nguyên tử Fe trong một lớp.Điều kiện thứ hai phản ánh sự tồn tại của tâm C hoặc tính đối xứng chuyểnđổi của nguyên tử sắt trong các ô siêu nhỏ ở nhiệt độ thấp ED của Fe1.01Se chỉ

ra rằng đủ điều kiện đầu tiên trong hai điều kiện phản xạ là bị vi phạm điềunày cho thấy rằng cấu trúc đối xứng thực của Fe1.01Se thiếu các mặt phẳngtrượt nhưng vẫn có tâm C sự biến dạng gây ra đối xứng thấp phải rất nhỏ khimật độ siêu phản xạ 1% của các phản xạ ban đầu trong mẫu ED và khôngthể quan sát được bằng SXRD hình 2.5(b,c) cho thấy cả hai cách trong đó siêuphản xạ có thể quan sát được Điều kiện đầu là do sự dịch chuyển các cặp ionsắt dọc theo trục a Điều này phù hợp với dạng Fe – Fe không trật tự mà ở đóchứa sự chuyển dịch bị chi phối bởi quá trình tăng liên kết kim loại – kim loạiđiều kiện thứ hai là do sự dịch chuyển các cặp ion sắt dọc theo trục Điều nàyphù hợp với các hiệu ứng tĩnh điện để tránh sự giảm khoảng cách Fe – Fe dọctheo trục, cả hai điều kiện trên có thể xuất hiện đồng thời dẫn đến kết quả làcác domer bị xoắn đứt các trục (rất giống với các cặp trong V02) sự sắp xếp làphụ trợ có thể xảy ra nhưng các dữ liệu rõ ràng cho thấy có sự chuyển pha.

Cấu trúc trong Fe1.01Se phức tạp hơn nhiều so với các suy đoán trướckia Sự phức tạp tương tự cũng có ở Fe1.03Se Trong trường hợp này, cả haiđiều kiện phản xạ đều bị vi phạm cho thấy sự mất không chỉ mặt phẳng trượt

mà cả tâm C Điều này phù hợp với các ảnh TEM hình 2.4 ở đó các vân đượctìm thấy cách xa nhau gấp hai lần so với ở Fe1.01Se Điều này không thể đơngiản là do sự biến dạng giữa các lớp gần nhau chồng lên nhau dọc theo trụckhi ở trong lớp, tâm C được bảo toàn Thay vào đó, sự mất tâm C được phảnánh sự thay đổi trong mặt phẳng cộng thêm vào những gì đã quan sát đượctrong Fe1.01Se Một khả năng như vậy được hiển thị trong hình 2.5(d), ở đóchỉ có từng cột ion sắt trải qua sự giảm trật tự Điều này phá vỡ tâm C và giảithích sự trượt làm tăng khoảng cách gấp đôi so với trong Fe1.01Se Bất kểnguồn gốc khá rõ ràng, sự điều biến cấu trúc tồn tại trong các vùng kích thướcnano trong Fe1.01Se không đồng nhất với những gì tìm thấy ở Fe1.03Se Điềunày gợi ý mối liên hệ giữa cấu trúc micro quan sát được với các đặc điểm vĩ

mô, Fe1.01Se siêu dẫn còn Fe1.03Se thì lại không Các khả năng khác để giảithích những gì tìm thấy ở Fe1.03Se bao gồm có sự hình thành một sóng mật độđiện tích hay bậc điện tích (, ), mà ở nó thống nhất với các kết quả lý

thuyết và thực nghiệm có liên quan khi làm với sắt– selen [22,33], những cáccông việc xa hơn cần phải có để xác định rõ nguồn gốc này Dữ liệu nhiệt độthấp SXRD và Mössbauer cho thấy siêu dẫn trải qua từ dạng tứ diện về dạngorthorhombic ở 90K, nhưng không có sự xuất hiện bậc từ tính bền (> 107s).Bản thân sự biến dạng cũng tương tự với những gì tìm được trong các hệFeAs – lared, và sự xuắn, kết quả của các cặp Se cấu thành lên tứ diện Sự tồntại của sự chuyển cấu trúc mà không có bậc từ tính cung cấp bằng chứng rõràng là sự biến dạng trong các hệ này không bị ảnh hưởng bởi từ trường

Sự tồn tại của sự siêu phản xạ yếu ở ED nhiệt độ thấp của siêu dẫn

Fe1.01Se chỉ ra một độ lệch nhỏ từ cấu trúc có được từ SXRD ngược lại,

Fe1.03Se cho thấy sự điều biến cấu trúc chỉ tồn tại trong các vùng kích thướcnano met Tính tự nhiên của sự biến dạng trong Fe1.01Se và Fe1.03Se là khácnhau, bằng chứng là các ion sắt thừa ra trong Fe1.03Se tác động không chỉ ởđơn giản là phá vỡ sự liên kết tầm xa của sự chuyển pha cấu trúc Do đó, các

Hình 2.5 Một số cấu trúc đối xứng của mạng tinh thể hợp kim Fe - Se

Cấu trúcFe1 Se Cấu trúc siêu dẫnFe1.01Se

Cấu trúc không siêu dẫn

Se

Kết cặp Fe – Fe dọc theo trục ngắn

Kết cặp Fe – Fe từng phần Kết cặp Fe – Fe

dọc theo trục dài

đặc điểm cấu trúc của siêu dẫn ion, thậm chí trong những thay đổi đơn giảnnhất này cũng phức tạp hơn những gì đã hình dung từ trước Phần này cũnglàm nổi bật tầm quan trọng của các thăm dò định sứ trong việc nghiên cứu cácpha phức như những gì có ở đây, là không có gì bí ẩn của sự đối xứng thấphoặc các cấu trúc domam chúng ta quan sát bởi ED và TEM đối với Fe1.01Se

và Fe1.03Se khi các vật liệu này được nghiên cứu bởi các phương pháp chuẩnnhư SXRD hay nhiễu xạ bột newtron

2.2 Chuyển pha từ tính và cấu trúc bậc một trong Fe 1+y Se x Te 1-x

Trong phần này các nhà thực nghiệm sử dụng số lượng lớn từ tínhnhạy, nhiệt điện tử cụ thể, và neutron tán xạ để nghiên cứu chuyển pha cấutrúc và từ tính trong Fe1+ySexTe1-x, Fe1.068Te thể hiện giai đoạn đầu tiênchuyển pha gần 67K với một đơn tà tứ giác sang cấu trúc chuyển tiếp và đồngthời phát triển một trật tự cộng tuyến AF phản sắt từ làm sự thay đổi entropyqua quá trình chuyển đổi Nghiên cứu hệ thống của hệ thống FeSe1-xTex chothấy cấu trúc AF và mạng tinh thể không xác định được trong các tài liệu này

là khác với FeAs chứa pnictides Các kết quả này tạo nên sự nghi ngờ về kếtluận của các tính toán hiện tại về mật độ - chức năng, trường hợp FeSe1-xTex

và pnictides FeAs dự kiến sẽ có như bề mặt Fermi tương tự và do đó mật độquay cùng một sóng AF

2.2.1 Giới thiệu

Tính siêu dẫn mới đây đã được phát hiện trong pha cấu trúc tứ giác, đôikhi được gọi là pha hệ thống FeSex [17-21] ngay sau khi phát hiện ra tính siêudẫn nhiệt độ cao chuyển pha với Tc lên đến 55 K ở FeAs chứa pnictides [63-19] Tc của các hệ Fe1+ySexTe1-x có thể đạt đến 14 K tại áp lực xung quanh[17, 38-40] và 27K tại một áp lực 1.48 GPa [65] Đối ngược với dự đoántrước đó về một chất siêu dẫn truyền thống Tc thấp, mật độ chức năng tính

toán của các cơ cấu điện tử, từ tính, và liên kết điện tử - phonon cho các phasiêu dẫn của Fe1+ySexTe1-x cho rằng tính siêu dẫn trong lớp vật liệu này là độcđáo và trung gian bởi dao động quay [4] hơn nữa, các bề mặt Fermi được tínhtoán của Fe1+ySexTe1-x rất giống với sắt pnictides như LaFeAsO và BaFe2As2.Nếu quan sát (AF) phản sắt từ cộng tuyến trong các hợp chất gốc của FeAspnictides [7-1] là do sự mất ổn định mật độ quay (SDW) của một bề mặtFermi lồng nhau [68-16], một trong những nguồn để tìm cấu trúc giống nhauhay sự bất ổn định AF SDW trong chất không siêu dẫn Fe1+ySexTe1-x Đối vớivật liệu chứa FeAs như BaFe2As2, SrFe2As2, và CaFe2As2, các thí nghiệm tán

xạ neutron đã chỉ ra rằng hệ thống cho thấy biến dạng mạng tinh thể tứ giácsang orthorhombic kèm theo một trật tự AF cộng tuyến tương xứng vớihướng mômen quay dọc theo một trục dài hình orthorhombic hình 2.6(c) [45-1] Trong trường hợp của Fe1+ySexTe1-x đã có một số thí nghiệm trước nghiêncứu cấu trúc và tính chất từ của neutron và tán xạ tia X Hơn 30 năm trước,Fruchart [10] phát hiện ra chuỗi Fe1.125Te phản sắt từ với một cấu trúc tươngxứng ở nhiệt độ thấp Dưới nhiệt độ chuỗi từ trường, các tác giả này tiếp tụccho thấy mạng tinh thể, thể hiện sự chuyển đổi đơn tà [10] Gần đây, kết hợp

sàng lọc Rietveld của tia X và bột nhiễu xạ neutron, dữ liệu về siêu dẫn FeSe

1-x cho thấy các cấu trúc tinh thể của vật liệu chuyển pha tứ giác sangorthorhombic gần 70K, hiển thị một biến dạng giống hệt nhau của lớp FeSe

đó của LaFeAsO này [49] Cuối cùng [57] (trong một bản in lại) rất gần đâybáo cáo nghiên cứu có hệ thống nơtron tán xạ của các hệ thống Fe(Te1-xSex),

và tìm thấy một nhiệt độ thấp không tương đương, chuỗi AF Fe1.141Te vớibiến dạng mạng tinh thể orthorhombic Tính vô hướng giảm dần với việcgiảm Fe và hệ thống liên kết với cấu trúc AF tương xứng cho Fe1.076Te vớimột biến dạng mạng tinh thể đơn tà tương tự trước đây về Fe1.125Te [10] Khikéo dài khoảng tĩnh để AF vượt trội bởi sự thay thế của Te với Se, tính siêu

dẫn xuất hiện và trình tự AF không tương đương với vector liên kết trong mặtphẳng sóng, theo hướng đường chéo của hình vuông Fe-Fe trở nên biến độngquay phạm vi hẹp [58]

Hình 2.6 Cấu trúc mạng tinh thể, giản đồ trong cấu trúc quay bên trong của

Fe1.068Te và giản đồ cấu trúc của SrFe2As2

Hình 2.6(a) Bột-nhiễu xạ Neutron dữ liệu của Fe1.068Te tại T = 5 K thu nhập trênnhiễu xạ kế BT-1 với bộ đơn năng hóa Ge 3,1,1 và bước sóng tia ngẫu nhiên =2.0785Å Cấu trúc mạng tinh thể được mô tả bởi các nhóm không gian đơn tà

P21m, mà thay đổi cho P4 tứ giác nmm trên TN, như minh họa qua các dạng biểuđồ

Hình 2.6(b) Giản đồ trong cấu trúc quay bên trong Fe1.068Te Những mũi tên rỗng

và mũi tên rắn đại diện cho hai tiểu mạng tinh thể của spin, có thể được, hoặc songsong, hoặc không song song, như được thảo luận trong văn bản Khu vực tô bóngcho thấy các tế bào đơn vị từ