Hệ thấp chiều oxit phức hợp mô phỏng và khảo sát một số tính chất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
_______________________

Nguyễn Thùy Trang

HỆ THẤP CHIỀU OXIT PHỨC HỢP: MÔ PHỎNG VÀ KHẢO
SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN

Hà Nội – 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
_______________________

Nguyễn Thùy Trang

HỆ THẤP CHIỀU OXIDE PHỨC HỢP: MÔ PHỎNG VÀ KHẢO
SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT
Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã số: 62440104
LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. HOÀNG NAM NHẬT

Hà Nội – 2017

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận án này là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kì công trình nào khác.

Tác giả luận án

Nguyễn Thuỳ Trang


LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được thực hiện tại Bộ môn Vật lý Chất rắn và Phòng thí
nghiệm Tính toán trong Khoa học Vật liệu - Khoa Vật lý - Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội trong chương trình đào tạo tiến sĩ của Nhà
trường, dưới sự hướng dẫn khoa học trực tiếp của PGS. TS. Hoàng Nam Nhật.
Trước hết, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Hoàng Nam Nhật,
người thầy đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có
thể hoàn thành luận án này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS. TS.
Bạch Thành Công và các bạn đồng nghiệp trong Phòng thí nghiệm Tính toán trong
Khoa học Vật liệu đã giúp đỡ và cho phép tôi sử dụng máy chủ và hệ thống máy
tính của Phòng thí nghiệm để tôi có thể thực hiện các tính toán phục vụ luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tới các thầy cô và các anh chị cán bộ
Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học tự nhiên, đặc biệt là các thầy cô trong Bộ
môn Vật lý Chất rắn đã cung cấp cho tôi những kiến thức quý báu trong thời gian
rèn luyện, học tập, nghiên cứu tại khoa Vật lý. Cảm ơn sự quan tâm, chăm sóc,
động viên tận tình của gia đình, bạn bè trong suốt quá trình học tập và thực hiện
luận án này.
Hà Nội, tháng 08 năm 2017
Tác giả

Nguyễn Thùy Trang


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
1(2,3)D: Một (hai, ba) chiều (One (two, three) dimensional)
AFM: Phản sắt từ (Antiferromagnetic)
BIS: Phổ đẳng sắc Bremsstrahlung (Bremsstrahling isochromat spectroscopy)
CI: Tương tác cấu hình (Configuration interaction)
CMR: Từ điện trở khổng lồ (Colossal magnetoresistance)
DE: Trao đổi kép (Double exchange)
DFT: Lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density functional theory)
DOS: Mật độ trạng thái (Density of states)
DSC: Phép đo nhiệt lượng quét vi sai (Differential scanning calorimetry)
DTA: Phân tích nhiệt vi sai (Differential thermal analysis)
EDX hoặc EDS: Phân tích phổ tia X tán sắc năng lượng (Energy dispersive X-ray
spectroscopy)
EELS: Phổ mất mát năng lượng điện tử (Electron energy loss spectroscopy)
FM: sắt từ (Ferromagnetic)
FTJ: tiếp xúc chui ngầm sắt điện (Ferroelectric tunneling junction)
GGA: Phép gần đúng gradient suy rộng (Generalize gradient approximation)
HEMT: Transitor có độ linh động điện tử cao (High electron mobility transitor)
LDA: Phép gần đúng mật độ địa phương (Local density approximation)
MO: Orbital phân tử (Molecular orbital)
MTJ: tiếp xúc chui ngầm sắt từ (Ferromagnetic tunneling junction)
SCF: Trường tự hợp (Self-consistent field)
SE: Siêu trao đổi (Super exchange)
SEM: Hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscope)
TER: sắt điện trở chui ngầm (Tunneling electroresistance)
TGA: Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermal gravitation analysis)
TMR: từ điện trở chui ngầm (Tunneling magnetoresistance)

TSFZ: Vùng nổi dung môi dịch chuyển (Traveling-solvent floating-zone)


UPS: Phổ phát quang vùng tử ngoài (Ultraviolet photoemission spectroscopy)
XPS: Phổ phát quang tia X (X-ray photoemission spectroscopy)
XRD: Xray diffraction (Nhiễu xạ tia X)

SR: Phục hồi spin muon (Muon spin relaxation)
OLED: Organic light emiting diode


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1

Tổng kết các kết quả tham số hóa phổ vùng dẫn và vùng hóa trị của
các vật liệu từ một chiều (A2CuO3), hai chiều (La2CuO4) đến ba chiều
(CuO) dựa trên mô hình tương tác đa cực trong cluster CuO4. Không
xem xét đến hiệu ứng độ rộng của vùng O 2p. Xem xét đến hiệu ứng
độ rộng của vùng O 2p.

Bảng 1.2

Tổng kết các mode hoạt động quang quan sát từ thực nghiệm cũng
như các kết quả tính toán lý thuyết của các nhóm khác nhau trên hệ
Ca2-xSrxCuO3 và hệ Ca2CuO3:Ux ở đạng đơn tinh thể và đa tinh thể. Vị
trí các đỉnh hoạt động quang được tính theo đơn vị cm-1.

Bảng 2.1

Các quá trình tương tác của chùm điện tử với mẫu

Bảng 3.1

Độ chênh lệch giữa mô men từ Mn ở 2 bề mặt IF1 và IF2, mMn, độ
thay đổi tổng cộng của mô men từ M khi độ phân cực điện P của
BTO đổi chiều và hệ số liên kết từ - điện S.

Bảng 3.2

Sự chênh lệch năng lượng giữa các trạng thái phản sắt từ so với trạng
thái FM E (meV) của hệ siêu mạng LSMO/BTO.

Bảng 3.3

Kết quả tính hằng số mạng của vật liệu Ca2CuO3 bằng các phương
pháp khác nhau

Bảng 3.4

Các đỉnh EDX và các chuyển mức tương ứng được gán dựa vào dữ
liệu trong [92]

Bảng 3.5

Thông số mạng của các mẫu Ca2CuO3:Ux thu được từ phép phân tích
phổ nhiễu xạ tia X dựa trên phương pháp Rietveld với sự hỗ trợ của
chương trình tính toán WinMProf

Bảng 3.6

Các vị trí Wyckoff và chỉ số dao động nhiệt của các nguyên tử trong ô
mạng Immm của Ca2CuO3:Ux. Các tọa độ x, y và z được tính theo đơn
vị hằng số mạng a, b và c tương ứng.


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1

(a) Mạng tinh thể perovskite đặc trưng bao gồm các bát diện BO6
(màu tím) chung nhau các nguyên tử oxy ở đỉnh và ở góc (nguyên tử
oxy màu đỏ và nguyên tử vị trí B màu tím) tạo nên mạng giả lập
phương 3D. Ở tâm mỗi khối giả lập phương là các nguyên tử A. Ô
đơn vị giả lập phương thuộc nhóm không gian Pm3m tương ứng với
cấu trúc perovskite lý tưởng được phóng to ở phần bên phải. (b) Ví dụ
điển hình của perovskite kép: SrFe0,5Mo0,5O3. (c) Ví dụ điển hình cho
pha Ruddlesen-Popper: Sr2RuO4 (bên trái) và Sr3Ru2O7 (bên phải). (d)
Ví dụ điển hình của pha Aurivillius: Bi2O2/Bi(Ti,Nb)2O7. (e) Ví dụ
điển hình của pha Dion-Jacobson: KLaNb2O7 (bên trái) và
CsLaNb2O7 (bên phải).

Hình 1.2

(a) Méo mạng Jahn-Teller; (b) Méo mạng dạng sắt điện. Sự tách mức
năng lượng dưới ảnh hưởng của méo mạng Jahn-Teller được thể hiện
ở phía dưới cấu trúc tương ứng trong hình (a). Cấu trúc hai hố thế
cũng được thể hiện ở phía trên cấu hình méo mạng sắt điện trong hình
(b).

Hình 1.3

Lược đồ về cấu trúc vùng năng lượng của một số trạng thái cơ bản
chính trong giản đồ pha ZSA: (a) Khi U <<pd, trạng thái cách điện
Mott-Hubbard; (b) Khi U >> pd, pd > c ~ W/2, trạng thái cơ bản là
cách điện chuyển điện tích; (c) Khi pd < W/2, tdd => 0, trạng thái kim
loại pd; (d) Khi pd < W/2, tdd khác 0, trạng thái cách điện đồng hóa
trị.

Hình 1.4

Sự tách mức năng lượng của các orbital 3d trong một số trường tinh
thể phổ biến: (a) trường bát diện, (b) kim tự tháp và (c) vuông.

Hình 1.5

(a) Hình vẽ minh họa cơ chế của tương tác trao đổi kép giữa các ion
mangan đa hóa trị; (b) Hình vẽ minh họa sự xem phủ giữa orbital 3d
của mangan với 2p của oxy trong tương tác siêu trao đổi.

Hình 1.6

Một số cấu hình định hướng của các orbital d của kim loại chuyển


tiếp và p của oxy minh họa cho các trường hợp khác nhau trong quy
tắc GKA.
Hình 1.7

(a) Trật tự phản sắt từ loại E trong vật liệu HoMnO3 cấu trúc trực thoi
trong đó các chuỗi sắt từ zigzag liên kết phản sắt từ với nhau được
đánh dấu bằng màu xám và màu đen [95]. (b) Sự dịch chuyển của các

nguyên tử trong HoMnO3 trực thoi sắt điện với trật tự phản sắt từ loại
E được thể hiện bằng các mũi tên màu xanh dương.Véc tơ phân cực
điện tương ứng P được thể hiện bằng mũi tên màu đỏ [95]. (c) Cấu
hình spin xoắn ốc với số sóng Q trong đó sự tuần hoàn của cấu hình
spin không tương xứng với cấu hình tuần hoàn của mạng tinh thể và
trục xoắn e3 [95].

Hình 1.8

Các pha cấu trúc của BaTiO3: (a) Cấu trúc hộp thoi, (b) cấu trúc trực
thoi, (c) cấu trúc tứ giác, (d) cấu trúc lập phương. Các hình cầu màu
xanh lá cây, ghi và đỏ lần lượt thể hiện nguyên tử Ba, Ti và O. Mũi
tên màu đỏ thể hiện phương của véc tơ phân cực tự phát.

Hình 1.9

Giản đồ pha của vật liệu LSMO-x [5]

Hình 1.10

Một số cấu hình trộn vật liệu đa phân cực hai pha: (a) cấu hình 0-3
trong đó các hạt nano của một pha được phân tán đều trong mạng ba
chiều của pha còn lại; (b) cấu hình 2-2 trong đó các màng mỏng của
pha này được xen kẽ với các màng của pha kia; (c) cấu hình 1-3 trong
đó các dây nano của pha này được phân tán đầu trong pha kia.

Hình 1.11

(a) Cấu trúc tiếp xúc chui ngầm và rào thế tương ứng; (b) và (c) cấu
trúc tiếp xúc chui ngầm đa phân cực MFTJ trong đó LSMO được sử

dụng làm điện cực đế và kim loại từ mềm được sử dụng làm điện cực
phủ. Rào thế trong hình (b) diễn tả hoạt động của MFTJ ở chế độ chui
ngầm sắt điện và (c) diễn ta hoạt động của MFTJ ở chế độ chui ngầm
sắt từ. Đường liên nét đậm màu đen thể hiện thế tổng cộng, đường
liền mảnh thể hiện vị trí cũ của thế khi lớp sắt điện chưa phân cực,
đường chấm chấm thể hiện thế trung bình của rào thế.


Hình 1.12

(a) Đường cong trễ điện trở của cấu trúc tiếp xúc chui ngầm đa phân
cực MFJT nền LSMO-0,3/BTO/NiFe đo bởi H. M. Yau và cộng sự;
(b) Đường cong từ trễ đo trên màng LSMO và NiFe tương ứng; (c) Sự
thay đổi của điện trở của hệ MFJT này khi từ trường được quét từ 100
Oe về -100 Oe (đường màu đỏ và màu hồng) và ngược lại (đường
màu đen và mà xanh) khi độ phân cực điện của BTO được giữ ở chế
độ bật (đường màu đỏ và màu đen) và chế độ tắt (đường màu hồng và
màu xanh) [37]

Hình 1.13

(a) Hình bên trái thể hiện cấu trúc lớp tiếp chui ngầm đa phân cực
MFTJ nền LCMO-0,3/BSTO-0,5/LCMO-0,3/Au. Hình giữa là đường
trễ điện trở theo từ trường đo ở T = 40 K của hệ tương ứng với độ
phân cực điện ở chế độ bật (màu đỏ) và chế độ tắt (màu xanh). Hình
bên trái thể hiện sự phụ thuộc của điện trở của hệ LSMO-0,3/BSTO0,05/LSMO-0,3/Au vào từ trường khi từ trường được quét từ -200 Oe
đến 200 Oe và ngược lại ở nhiệt độ phòng [120].
(b) Hình bên trái thể hiện cấu trúc lớp MFTJ nền LSMO0,3/BTO/LCMO-0,5/LSMO-0,3 và giải thích cơ chế ảnh hưởng của
độ phân cực điện của lớp BTO lên trật tự từ của LCMO-0,5. Hình bên
phải là đường trễ của điện điện trở chui ngầm theo hiệu điện thế tại T

= 40 K của hệ LSMO-0,3/BTO/LCMO-0,5/LSMO-0,3 (màu xanh) và
hệ LSMO-0,3/BTO/LSMO-0, 3 (màu đỏ) [120].

Hình 1.14

Giản đồ cấu trúc lớp tiếp xúc LAO/STO loại n (a) và loại p (b) cùng
với mô hình tụ điện phẳng tương ứng. Giản đồ vùng năng lượng tại
lớp tiếp xúc LAO/STO loại n (c) và loại p (b).

Hình 1.15

(a) Sự phân bố điện tử tự do dọc theo lớp STO từ lớp bề mặt (số 1)
đến lớp mặt phân cách (số 24) theo tính toán của M. Stengel [102].
Đường màu đen với các điểm tròn to là kết quả tính toán từ các
nguyên lý ban đầu. Đường màu xanh da trời với các điểm tròn nhỏ là
kết quả tính toán từ mô hình liên kết chặt trong đó hằng số điện môi


của STO được cho là không phụ thuộc vào cảm ứng điện. Phần hình
chèn vào thể hiện sự phụ thuộc của điện trường nội tại vào cảm ứng
điện của vật liệu STO khối.
(b) Cấu trúc vùng năng lượng điện từ xung quang mức Fermi của mặt
tiếp xúc LAO/STO loại n từ các tính toán của Z. S. Popovic và cộng
sự [123]. Ti1, Ti2 và Ti3 chỉ các nguyên tử Ti lần lượt thuộc lớp mặt
phân cách và các lớp kế tiếp. X,  và M lần lượt tương ứng với các
điểm k = [0½0], [000], [½½0] trong không gian k.
Hình 1.16

Ô đơn vị của hệ một chiều E2CuO3 ở pha cấu trúc trực giao thuộc
nhóm không gian Immm (a) hệ hai chiều La2CuO4 ở pha cấu trúc tứ

giác tâm khối thuộc nhóm không gian I4/mmm (b). Các hình cầu xanh
lá cây thể hiện các nguyên tử E (E = Ca hoặc Sr) hoặc La; các hình
cầu màu đỏ và màu hồng lần lượt thể hiện các nguyên tử O và Cu.

Hình 2.1

Quy trình giải phương trình Schrodinger bằng vòng tự hợp

Hình 2.2

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của hệ đo DTA (a) và TGA (b)

Hình 2.3

Sơ đồ cơ chế bức xạ tia X của nguyên tử trong quá trình đo phổ EDX.

Hình 2.4

a) Phản xạ Bragg trên một họ mặt phẳng tinh thể với khoảng cách
giữa các mặt phẳng là d. Hiệu đường đi của 2 tia phản xạ trên 2 mặt
phẳng là 2dsin.
b) Cấu hình tán xạ bởi cấu trúc nguyên tử tuần hoàn.

Hình 2.5

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của một hệ SEM điển hình1 .

Hình 2.6

Giản đồ chuyển mức năng lượng phonon trong quá trình tán xạ đàn

hồi Rayleigh và không đàn hồi Raman.

Hình 3.1

Các ô đơn vị sử dụng để mô phỏng siêu mạng LSMO/BTO theo định
hướng (001) (c) và (111) (d). Các hình cầu màu xanh lá cây, xanh da
trời, đỏ, xanh lam, vàng và tím biểu diễn lần lượt các nguyên tử Ba,
Ti, O, La, Sr và Mn. Các mũi tên mày xanh lá cây thể hiện véc tơ

1

Nguồn: vi.wikipedia.org


phân cực điện của lớp BTO.
Hình 3.2

(a) Sự thay đổi của mô men từ Mn dọc theo lớp LSMO. Mũi tên màu
xanh lá cây thể hiện véc tơ phân cực điện của lớp BTO P. (b) Giản đồ
giải thích hiệu ứng chắn tĩnh điện ở bề mặt phân các giữa chất sắt điện
BTO và kim loại LSMO. Dấu “+” và dấu “-” thể hiện sự chồng chất
của các điện tích dương và âm ở IF2 và IF1.

Hình 3.3

(a) Trường tinh thể của phối trí BO6 trong màng mỏng perovskite
định hướng (001) (bên trái) và (111) (bên phải) và tách mức năng
lượng của các trạng thái 3d tương ứng. (b) và (c) là các dạng méo
mạng trong màng mỏng dị thể LSMO/BTO xảy ra do sự liên kết cấu
trúc giữa hai lớp vật liệu và sự tách mức năng lượng tương ứng của

các trạng thái 3d. Các mũi tên thể hiện xu hướng dịch chuyển của các
nguyên tử trong méo mạng.

Hình 3.4

Sự thay đổi mô men của Mn dọc theo lớp LSMO từ IF1 đến IF2 trong
trường hợp định hướng (001) (a) và (111) (b). Độ dịch khỏi tâm khối
bát diện của kim loại vị trí B từ IF2 dọc theo lớp BTO đến IF1, rồi lại
dọc theo lớp LSMO đến IF2 trong trường hợp định hướng (001) (c)
và (111) (d). Sự khác nhau giữa hằng số mạng theo phương vuông
góc và theo phương mặt phằng màng định hướng (001) từ IF2 dọc
theo lớp BTO đến IF1, rồi lại dọc theo lớp LSMO đến IF2 (e). Sự lệch
khỏi giá trị trong vật liệu khối BTO của độ dài liên kết O-B-O trong
màng định hướng (111) từ IF2 dọc theo lớp BTO đến IF1, rồi lại dọc
theo lớp LSMO đến IF2.

Hình 3.5

Mật độ trạng thái DOS của siêu mạng LSMO/BTO với định hướng
(001) (a) và (111) (b). Trong giản đồ DOS trên cùng, đường liền nét,
đường chấm chấm và đường liền nét với phần diện tích bên dưới được
tô màu ghi lần lượt thể hiện mật độ trạng thái tổng cộng của siêu
mạng LSMO/BTO, O 2p và Mn 3d. Các giản đồ DOS ở các hình
dưới, từ trên xuống dưới lần lượt thể hiện mật độ trạng thái Mn 3d ở


lớp IF1, IF1-2 và IF2. Các đường liền nét, chấm chấm và liền nét với
phần diện tích bên dưới được tô màu ghi lần lượt thể hiện mật độ tổng
cộng của các trạng thái Mn 3d, mật độ các trạng thái Mn 3d không
liên kết và mật độ các trạng thái 3d liên kết.

Hình 3.6

Phần bên trái hình (a) và (b) lần lượt là các bề mặt đẳng giá trị của
mật độ điện tích thành phần của siêu mạng LSMO/BTO định hướng
(001) và (111) trong khoảng năng lượng 0,7 eV dưới mức Fermi đến
mức Fermi ở góc nhìn dọc theo phương 110 tương ứng với ô mạng.
Các hình bên phải là các mặt cắt 110 tương ứng.

Hình 3.7

Mật độ trạng thái Mn 3d trên từng lớp nguyên tử từ IF1 (Hình trên
cùng) đến IF2 (Hình dưới cùng) của siêu mạng LSMO/BTO định
hướng (001) với ứng suất đế BTO. Trong hình (a), độ dày c của một
lớp LSMO/BTO được tối ưu hóa c = 39,35 Å. Trong hình (b), độ dày
c của một lớp LSMO/BTO được kéo dãn so với giá trị tối ưu hóa c =
40.40 Å. Đường màu đen, tím, xanh lam, xanh lá cây và đỏ lần lượt
thể hiện mật độ trạng thái dx2-y2, dz2, dxz, dyz và dxy.

Hình 3.8

Mật độ trạng thái Mn 3d trên từng lớp nguyên tử từ IF1 (Hình trên
cùng) đến IF2 (Hình dưới cùng) của siêu mạng LSMO/BTO định
hướng (111) với ứng suất của đế BTO. Đường xanh lam, xanh lá cây,
đỏ, tím và đen lần lượt thể hiện mật độ trạng thái dx2-y2, dz2, dxz, dyz và
dxy.

Hình 3.9

(a) Các cáu hình trật tự từ - sắt điện được xem xét trên các hệ
LSMO/BTO định hướng (001) và (111). Mũi tên xanh da trời thể hiện

độ phân cực P của BTO, mũi tên màu xanh lá cây thể hiện spin của
Mn trong LSMO. (b) Một số cấu hình trật tự từ trong vật liệu khối. (c)
Trật tự orbital dx2-y2 (bên trái) ưu tiên trạng thái AAFM, trật tự orbital
dz2 (bên phải) ưu tiên trạng thái CAFM.

Hình 3.10

Mật độ trạng thái Mn 3d trên từng lớp nguyên tử từ IF1 (Hình trên
cùng) đến IF2 (Hình dưới cùng) của siêu mạng LSMO/BTO định


hướng (001) với ứng suất của đế STO. Đường màu đen, tím, xanh
lam, xanh lá cây và đỏ lần lượt thể hiện mật độ trạng thái dx2-y2, dz2,
dxz, dyz và dxy.
Hình 3.11

Ô đơn vị mô phỏng hệ tiếp xúc dị thể LAO/STO bao gồm 5 lớp hợp
thức LAO chồng lên 3 lớp hợp thức STO. Các hình cầu màu xanh lá
cây, ghi, tím, xanh da trời, đỏ lần lượt thể hiện các nguyên tử Sr, Ti,
Al, La và O. Lớp chân không có độ dày 15 Å được đưa vào để khử
tương tác giữa các lớp khác nhau theo phương c. Các lớp nguyên tử
được đánh số thứ từ từ 1 (lớp SrO bề mặt) đến 6 (lớp TiO2 ở bề mặt
phân cách) về phía STO và từ 7 (lớp LaO ở bề mặt phân cách) đến 16
(lớp AlO2) ở bề mặt về phía LAO.

Hình 3.12

(a) Mật độ trạng thái của từng lớp nguyên tử của hệ dị thể LAO/STO
với 5 lớp hợp thức LAO và 3 lớp hợp thức STO. Các số thứ tự từ 1
đến 6 thể hiện các lớp nguyên tử STO từ lớp SrO2 bề mặt đến lớp TiO

ở bề mặt phân cách. Các số thứ tự từ 1 đến 7 thể hiện các lớp nguyên
tử LAO từ lớp LaO2 ở bề mặt phân cách đến lớp AlO2 ở bề mặt.
(b) Cấu trúc vùng năng lượng xung quanh mức Fermi của các hệ dị
thể LAO/STO có 3 lớp hợp thức STO và 3, 4, 5 lớp hợp thức LAO (từ
trái qua phải).
Trong các hình trên, gốc năng lượng được đặt ở vị trí mức Fermi.

Hình 3.13

(a) Sự phân cực của từng lớp nguyên tử của hệ dị thể với độ dày của
lớp LAO từ 1 đến 5 lớp hợp thức do méo mạng sắt điện dây nên.
(b) Ảnh hưởng của méo mạng tứ giác (giữa) và sắt điện (bên phải) lên
sự tách mức trong trường tinh thể bát diện TiO6 của các trạng thái Ti
3d.

Hình 3.14

(a) Mật độ trạng thái Ti trên từng lớp nguyên tử từ bề mặt SF đến mặt
phân cách IF của màng mỏng (LAO)5/(STO)10. Các đường liền nét
tương ứng với trường hợp tối ưu hóa cấu trúc toàn bộ mô hình, các
đường đút nét tương ứng với trường hợp lớp SrO và TiO2 bề mặt


được cố định.
(b) Sự bẻ cong vùng năng lượng tạo ra hố thế ở bề mặt STO theo tính
toán của W. Meevasana và cộng sự [115].
(c) Mật độ trạng thái của màng STO dày 10 đơn lớp STO.
Hình 3.15

(a) Ô đơn vị Immm sử dụng trong tính toán không xem xét trật tự

spin. (b) Ô đơn vị P1 sử dụng trong tính toán với trật tự spin phản sắt
từ giữa các nguyên tử đồng trong chuỗi Cu-O. Các hình cầu màu đỏ
nhỏ, màu đỏ to và màu xanh lục lần lượt biểu thị các vị trí Cu, Ca và
O.

Hình 3.16

Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu Ca2CuO3:Ux bằng phương pháp solgel.

Hình 3.17

Kết quả đo DTA và TGA của gel tương ứng với mẫu Ca2CuO3:U0,04.

Hình 3.18

Kết quả do EDX của mẫu Ca2CuO3:Ux với x = 0 (a), 0,025 (b), 0,03
(c) và hình phóng to khu vực xung quanh đỉnh của U (d).

Hình 3.19

Sơ đồ chuyển mức nguyên tử tương ứng với các bức xạ tia X.

Hình 3.20

Ảnh SEM bề mặt các mẫu x = 0,01 (a); 0,015 (b); 0,02 (c); 0,025 (d); 0,03
(e); 0,035 (f); 0,04 (g); 0,05 (h)

Hình 3.21

Phổ EDX trên từng thành phần của mẫu x = 0,01

Hình 3.22

Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu Ca2CuO3:Ux với x = 0; 0,01; 0,025;
0,05 được làm khớp với thông số mạng (đường bên trên) và đường sai
số (đường bên dưới). Các chỉ số mặt phẳng được viết theo thứ tự abc.

Hình 3.23

Sự phụ thuộc của kích thước hạt đơn tinh thể vào nồng độ uranium x.

Hình 3.24

(a) Mật độ trạng thái thành phần của Ca2CuO3 từ các tính toán không
xem xét trật tự spin.
(b) Cấu trúc vùng năng lượng của Ca2CuO3 từ các tính toán không
xem xét trật tự spin.
(c) Mật độ trạng thái thành phần (bên phải) và cấu trúc vùng năng
lượng tương ứng của CaMnO3 từ các tính toán không xem xét trật tự
spin.


Hình 3.25

(a) và (c) lần lượt là cấu trúc vùng năng lượng của Ca2CuO3 và
CaMnO3 từ các tính toán có xem xét trật tự spin phản sắt từ. (b) và (d)
lần lượt là mật độ trạng thái của Ca2CuO3 và CaMnO3 từ các tính toán
có xem xét trật tự spin phản sắt từ. Trong mật độ trạng thái của
CaMnO3, mật độ trạng thái của từ kênh spin của một nguyên tử Mn
có spin hướng lên trên được xem xét. Giá trị mật độ trạng thái dương

tương ứng với kênh spin lên và âm tương ứng với kênh spin xuống.

Hình 3.26

Một số mode dao động hoạt động Raman (2 mode Ag) và hồng ngoại
(3 modes B2u) theo tính toán của lý thuyết nhóm.

Hình 3.27

(a) Phổ hồng ngoại truyền qua của hệ Ca2CuO3 pha tạp uranium. Phần
hình chèn vào góc trên bên phải là kết quả thu được từ tính toán dựa
trên nguyên lý ban đầu sử dụng phương pháp Hartree – Fock sử dụng
hệ cơ sở loại Gaussian 3-21G.
(b), (c) và (d) Phổ tán xạ Raman của hệ Ca2CuO3 pha tạp uranium.
Các đỉnh có cường độ tăng theo nồng độ tạp uranium được chỉ rõ
bằng các mũi tên.

Hình 3.28

(a) Phổ Raman của chuỗi (Cu-O)n với độ dài khác nhau. Hình chèn
vào biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ hoạt động Raman của đỉnh
tương ứng với chuyển động đối xứng của nguyên tử O dọc theo
phương chuỗi (Osym,par).


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 3
Chƣơng 1 – TỔNG QUAN VỀ OXIT PHỨC HỢP ............................................... 7
1.1. Các đặc điểm chung của oxit phức hợp ........................................................7
1.1.1. Đặc điểm cấu trúc ................................................................................... 7

1.1.2. Cấu trúc vùng năng lượng điện tử .......................................................... 9
1.1.3. Tương tác trao đổi trong oxit phức hợp từ tính .................................... 12
1.1.4. Tương tác từ - điện trong vật liệu oxit phức hợp đa phân cực ............. 15
1.2. Các hệ oxit phức hợp đƣợc nghiên cứu trong luận án .............................. 18
1.2.1. Hệ hai chiều tiếp xúc dị thể La1-xSrxMnO3/BaTiO3 .............................. 18
1.2.2. Hệ hai chiều tiếp xúc dị thể LaAlO3/SrTiO3 ......................................... 25
1.2.3. Hệ phản sắt từ một chiều A2CuO3 ........................................................ 32
Chƣơng 2 – PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................... 40
2.1. Các phƣơng pháp tính toán cấu trúc điện tử từ các nguyên lý ban đầu .40
2.1.1. Giới thiệu về các phương pháp tính toán cấu trúc điện tử ................... 40
2.1.2. Cơ sở lý thuyết chung ........................................................................... 41
2.1.3. Phương pháp Hartree-Fock .................................................................. 46
2.1.4. Phương pháp DFT ................................................................................ 48
2.1.5. Các gói phần mềm tính toán từ nguyên lý ban đầu được sử dụng ....... 53
2.2. Các phƣơng pháp thực nghiệm ...................................................................54
2.2.1. Phép phân tích nhiệt trọng lượng và nhiệt vi sai .................................. 54
2.2.2. Phép phân tích phổ tia X tán sắc năng lượng....................................... 56
2.2.3. Phép đo phổ nhiễu tia X trên tinh thể ................................................... 57
2.2.4. Phương pháp hiển vi điện tử quét ......................................................... 59
2.2.5. Phương pháp đo phổ tán xạ Raman ..................................................... 62
Chƣơng 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 65
3.1. Kết quả tính toán trên hệ tiếp xúc dị thể La1-xSrxMnO3/BaTiO3.............65
3.1.1. Mô hình tính toán .................................................................................. 65
3.1.2. Kết quả và thảo luận ............................................................................. 68


3.2. Kết quả tính toán trên hệ tiếp xúc dị thể LaAlO3/SrTiO3 ........................85
3.2.1. Mô hình tính toán .................................................................................. 85
3.2.2. Kết quả và thảo luận ............................................................................. 86
3.3. Kết quả nghiên cứu trên hệ spin phản sắt từ 1 chiều Ca2CuO3 ...............91

3.3.1. Mô hình tính toán .................................................................................. 91
3.3.2. Chế tạo mẫu và các phép đo thực nghiệm ............................................ 93
3.3.3. Kết quả đo DTA và TGA ....................................................................... 95
3.3.4. Cấu trúc vật liệu Ca2CuO3:Ux từ quy trình sol-gel .............................. 96
3.3.5. Cấu trúc điện tử của vật liệu Ca2CuO3............................................... 103
3.3.6. Các phonon quang của vật liệu Ca2CuO3:Ux ..................................... 107
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 113
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN
ĐẾN LUẬN ÁN ..................................................................................................... 115
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 116
PHỤ LỤC 1 - DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN NGÀNH DỊCH TỪ
TIẾNG ANH .......................................................................................................... 128

2


MỞ ĐẦU
Ngày nay, nhu cầu phát triển của khoa học công nghệ đã và đang thúc đẩy
mạnh mẽ sự phát triển của khoa học vật liệu. Những đòi hỏi không ngừng về việc
chế tạo các thiết bị công nghệ hiệu năng cao, dẫn đến yêu cầu thu nhỏ kích thước,
tăng tốc độ vận hành, truyền dẫn thông tin, giảm mức tiêu thụ năng lượng, hạ giá
thành của các linh kiện vi điện tử nói chung và các linh kiện spintronics nói riêng,
dẫn đến sự hình thành và ngày càng mở rộng của lĩnh vực vật liệu thấp chiều 1.
Những vật liệu được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực này phải phải kể đến là các
vật liệu perovskite ABO32 và các vật liệu có cấu trúc perovskite biến thể, gọi chung
là oxit phức hợp. Chúng sở hữu những tính chất điện môi quan trọng trong công
nghệ vi điện tử và viễn thông. Ví dụ, với hằng số điện môi cao, BaTiO3,
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 thường được sử dụng làm các tụ điện, cảm biến. Tính chất hỏa
điện của hệ (Ba,Sr)TiO3, PbTiO3, Pb(Zr,Ti)O3, (Pb,La)(Zr,Ti)O3, K(Ta,Nb)O3
thường được áp dụng làm các đầu dò hỏa điện. Tính áp điện của PbTiO3,

(Pb,La)(Zr,Ti)O3 và LiNbO3 thường được sử dụng trong các thiết bị dẫn sóng âm bề
mặt hoặc các bộ chuyển đổi.
Bên cạnh những tính chất điện môi trên, một đặc điểm quan trọng khác của
các oxit phức hợp là tương tác giữa các trạng thái 2p của oxy và 3d của kim loại
chuyển tiếp ở vị trí B. Tương tác này liên quan chặt chẽ tới cấu trúc của mạng phối
trí BOx trong cấu trúc của oxit phức hợp. Những thay đổi nhỏ của mạng phối trí này
dưới dạng các méo mạng thường thấy trong perovskite hoặc thậm chí những thay
đổi trực tiếp về cấu trúc và tính đối xứng của phối trí trong các vật liệu biến thể ảnh
hưởng mạnh đến tương tác pd. Những thay đổi của tương tác pd, đến lượt nó, quyết
định khả năng xảy ra và cạnh tranh của những dạng tương tác trao đổi khác nhau
làm cho tính chất của các oxit phức hợp trở nên phong phú và phức tạp hơn. Những
1

Vật liệu thấp chiều ở đây được hiểu là các vật liệu với kích thước của ít nhất một chiều không gian nhỏ đến
mức năng lượng giam hãm lượng tử đối với điện tử trở nên đáng kể làm thay đổi các tính chất vật lý vật liệu
so với dạng khối (thường cỡ dưới 100 nm). Bên cạnh đó, hiệu ứng lượng tử thấp chiều cũng như bề mặt ảnh
hưởng mạnh mẽ lên tính chất của vật liệu so với vật liệu khối. Khi đó, vật liệu không tuân theo các định luật
vật lý cổ điển nữa mà thay vào đó là các định luật lượng tử kèm theo các hiệu ứng lượng tử thú vị, hiệu ứng
bề mặt.
2
Vật liệu perovskite là các vật liệu có công thức ABO3 với A thường là các nguyên tố kiềm thổ hoá trị II
hoặc đất hiếm hoá trị III và B là một kim loại chuyển tiếp 3d.

3


minh chứng điển hình cho sự làm giàu tính chất do các tương tác pd phải kể đến là
sự đồng tồn tại của tính sắt điện và trật tự từ trong trạng thái đa phân cực, tính chất
siêu dẫn, từ điện trở khổng lồ - CMR, trật tự từ thấp chiều ... Các tính chất này có
tiềm năng ứng dụng rất cao và hứa hẹn tạo nên những bước tiến lớn trong công

nghệ hiện đại. Do đó, điều chỉnh cấu trúc điện tử thông qua điều chỉnh mạng phối
trí BOx là một chìa khóa quan trọng để thiết kế vật liệu spintronics hiện đại nhằm
đạt được những tính chất mong muốn, thích hợp với các mục tiêu ứng dụng khác
nhau.
Với những nhận định trên, luận án của tôi hướng tới việc nghiên cứu sự làm
giàu tính chất của một số hệ oxit phức hợp tiêu biểu do sự ảnh hưởng của cấu trúc
thấp chiều lên tương tác pd của phối trí BOx. Các hệ được chọn bao gồm hệ hai
chiều dạng tiếp xúc dị thể LaAlO3/SrTiO3 và La1-xSxMnO3/BaTiO3 và hệ chuỗi spin
phản sắt từ một chiều Ca2CuO3. BaTiO3 (BTO), La1-xSrxMnO3 (LSMO-x), LaAlO3
(LAO), SrTiO3 (STO) là các vật liệu perovskite phổ biến và đã được nghiên cứu
rộng rãi. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng sự kết hợp các perovskite
thành các vật liệu composite dạng màng mỏng tiếp xúc dị thể dẫn đến các tính chất
thú vị chưa từng xảy ra trong từng vật liệu riêng lẻ. Chẳng hạn, cả LAO và STO đều
là hai chất cách điện phi từ với độ rộng vùng cấm lớn 5,6 và 3,2 eV. Tuy nhiên, rất
nhiều nghiên cứu thực nghiệm cho thấy cấu trúc dị thể LAO/STO thể hiện tính dẫn
điện giả hai chiều với sự hình thành của một lớp khí điện tử tự do giả hai chiều
giam hãm trong khu vực cỡ 10 nm xung quanh mặt tiếp xúc. Tính dẫn giả hai chiều
này đặc biệt có tiềm năng ứng dụng trong các transitor độ linh động điện tử cao HEMT. Bên cạnh đó, các nghiên cứu thực nghiệm cũng cho thấy dấu hiệu từ tính
trong hệ trên như tính siêu dẫn, sự tồn tại song song của nhiều pha trật tự từ ... Mặt
khác, cấu trúc dị thể giữa perovskite sắt điện điển hình BTO và perovskite sắt từ
LMO pha tạp Sr (LSMO) thể hiện tính đa phân cực với liên kết từ - điện mạnh. Liên
kết từ - điện này hứa hẹn tạo bước tiến trong công nghệ spintronics vì nó cho phép
trực tiếp chuyển tín hiệu từ thành hiệu thế, nhờ đó thu gọn kích thước, giảm nhiễu
các linh kiện.

4


Khác với các hệ hai chiều dạng tiếp xúc dị thể được xây dựng dựa trên các
oxit phức hợp có cấu trúc perovskite, cấu trúc hệ một chiều Ca2CuO3 là một biến

thể dạng lớp loại Ruddleson-Popper của perovskite với A = Ca và B = Cu. Ở hệ
này, sự chèn thêm của lớp oxit CaO vào giữa các lớp cấu trúc perovskite triệt tiêu
tương tác pd giữa các lớp CuO. Tiếp đó, sự bớt đi hai nguyên tử oxy ở góc các bát
diện BO6 dẫn đến sự hình thành của mạng các chuỗi hình vuông BO4 kết nối với
nhau dọc theo một chiều thông qua các oxy chung nhau trên mỗi lớp CuO. Nhiều
phép đo thực nghiệm và tính toán lý thuyết cụ thể đã cho thấy hệ Ca2CuO3 là một
minh chứng điển hình cho sự tồn tại của chuỗi spin Heisenberg một chiều S = 1/2
với nhiều tính chất hứa hẹn khả năng ứng dụng trong công nghệ spintronics.
Luận án trình bày các nghiên cứu mô phỏng cấu trúc điện tử của các hệ vật
liệu được chọn dựa trên các nguyên lý ban đầu. Từ đó, chỉ ra cơ chế ảnh hưởng của
cấu trúc thấp chiều lên các tính chất mới của hệ vật liệu. Bên cạnh các mô phỏng lý
thuyết, chúng tôi thực hiện một số nghiên cứu chế tạo và phép đo thực nghiệm trên
hệ một chiều Ca2CuO3 để kiểm chứng, bổ trợ cho các nghiên cứu lý thuyết trên hệ
này và lý giải một số quan sát thực nghiệm đã được công bố trước đây. Theo đó, tên
đề tài luận án là: “Hệ thấp chiều oxit phức hợp: mô phỏng và khảo sát một số
tính chất”.
Mục tiêu của luận án nhằm tìm hiểu mối liên hệ giữa cấu trúc, cấu trúc điện
tử và các tính chất của vật liệu oxit phức hợp thấp chiều. Từ đó có thể tiên đoán,
thiết kế và chế tạo các vật liệu này ở dạng thấp chiều với những tính chất thích hợp
cho các mục tiêu ứng dụng khác nhau trong công nghệ điện tử hiện đại.
Đối tƣợng nghiên cứu: Là các hệ hai chiều dạng màng mỏng dị thể
LaAlO3/SrTiO3 và La1-xSrxMnO3/BaTiO3 và hệ spin một chiều Ca2CuO3.
Phƣơng pháp nghiên cứu:
1. Các phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ DFT được sử dụng để mô
phỏng cấu trúc điện tử của vật liệu.
2. Các phương pháp thực nghiệm nhằm chế tạo và khảo sát tính chất của vật
liệu Ca2CuO3 như sau:

5

- Vật liệu được chế tạo bằng phương pháp sol-gel với sự hỗ trợ của phép
phân tích nhiệt vi sai DTA, phân tích nhiệt trọng lượng TGA.
- Chất lượng, cấu trúc của mẫu được kiểm tra bằng các phương pháp khảo sát
cấu trúc vật liệu như nhiễu xạ tia X XRD, chụp ảnh hiển vi điện tử quét SEM. Tính
chất dao động mạng được khảo sát bằng các phương pháp phổ tán xạ Raman.
Cấu trúc luận án gồm 3 chương, phần mở đầu và phần kết luận. Trong đó:
Chương 1: Tổng quan về oxit phức hợp
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và thảo luận

6


Chƣơng 1 – TỔNG QUAN VỀ OXIT PHỨC HỢP
1.1. Các đặc điểm chung của oxit phức hợp
1.1.1. Đặc điểm cấu trúc
Các oxit phức hợp thường có cấu trúc dạng perovskite hoặc các dạng cấu
trúc biến thể của của nó. Mạng tinh thể perovskite bao gồm các khối bát diện BO6
chung nhau các nguyên tử oxy ở đỉnh và ở góc tạo nên mạng giả lập phương ba
chiều 3D. Ở tâm mỗi khối giả lập phương là các nguyên tử A (Hình 1.1a). Cấu trúc
có tính đối xứng cao nhất trong họ perovskite là cấu trúc lập phương lý tưởng thuộc
nhóm không gian Pm3m tương ứng với mạng bát diện không bị méo (Hình 1.1a,
phần được chèn bên cạnh). Tuy nhiên, do tính suy biến và giả suy biến của các
trạng thái điện tử xảy ra ở các cấu hình có tính đối xứng cao của bát diện BO6, cấu
trúc này thực tế chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao và có rất ít perovskite duy trì được cấu
trúc này ở nhiệt độ phòng. Khi nhiệt độ giảm, sự tách suy biến làm cho các cấu hình
có tính đối xứng thấp của BO6 bền vững hơn dẫn đến sự chuyển pha tứ giác, trực
thoi, hộp thoi, một nghiêng và ba nghiêng. Do đó, trong các vật liệu perovskite, các
méo mạng liên quan đến BO6 bao gồm: (1) méo mạng Jahn-Teller; (2) méo mạng

dạng sắt điện và (3) sự nghiêng của khối bát diện (Hình 1.2) thường xảy ra như một
hệ quả tất yếu của tính bất ổn định của các cấu hình có tính đối xứng cao.
Ngoài cấu trúc perovskite, các oxit phức hợp còn có thể có cấu trúc dạng
biến thể của cấu trúc perovskite. Có hai dạng biến thể thường gặp là perovskite kép
và perovskite lớp.
* Perovskite kép: Trong cấu trúc perovskite kép, kiến trúc mạng giả lập phương
BO6 với các cation A nằm ở tâm các khối giả lập phương được giữ nguyên. Điều
khác biệt duy nhất là có hai loại cation ở vị trí B với trật tự sao cho ô đơn vị được
nhân đôi so với cấu trúc perovskite nguyên thuỷ lý tưởng (Hình 1.1b).
* Perovskite lớp: bao gồm các lớp perovskite nguyên thể ABO3 hai chiều với một
độ dày nhất định được ngăn cách bởi một lớp cấu trúc nhất định. Điểm khác biệt

7


giữa các loại perovskite lớp khác nhau nằm ở chỗ: (1) loại cấu trúc phân cách giữa
các lớp perovskite và (2) lớp nguyên tử giới hạn của lớp perovskite. Theo đó, có ba
loại pha thường gặp tương ứng với cấu trúc này:

(a)

(b)

KLaNb2O7
CsLaNb2O7
Bi2O2/Bi(Ti,Nb)2O7
(c)
(d)
(e)
Hình 1.1. (a) Mạng tinh thể perovskite đặc trưng bao gồm các khối bát diện BO6 (màu tím) chung nhau các

nguyên tử oxy ở đỉnh và ở góc (nguyên tử oxy màu đỏ và nguyên tử vị trí B màu tím) tạo nên mạng giả lập
phương 3D. Ở tâm mỗi khối giả lập phương là các nguyên tử A. Ô đơn vị giả lập phương thuộc nhóm không
gian Pm3m tương ứng với cấu trúc perovskite lý tưởng được phóng to ở phần bên phải. (b) Ví dụ điển hình của
perovskite kép: SrFe0.5Mo0.5O3. (c) Ví dụ điển hình cho pha Ruddlesen-Popper: Sr2RuO4 (bên trái) và Sr3Ru2O7
(bên phải). (d) Ví dụ điển hình của pha Aurivillius: Bi2O2/Bi(Ti,Nb)2O7. (e) Ví dụ điển hình của pha DionJacobson: KLaNb2O7 (bên trái) và CsLaNb2O7 (bên phải).
Sr2RuO4

Sr3Ru2O7

- Pha Ruddleson-Popper: Công thức chung là An+1BnO3n+1 hay (AO)2/An-1BnO3n-1 vì
pha cấu trúc này được đặc trưng bởi sự xen kẽ giữa các lớp perovkite có độ dày
tương ứng với n khối bát diện và hai lớp nguyên tử AO cùng với lớp nguyên tử giới

8


hạn của lớp perovskite là BO2. Các ví dụ điển hình của pha cấu trúc này là Sr2RuO4
(n = 1, A = Sr, B = Ru), Sr3Ru2O7 (n = 2, A = Sr, B = Ru) như trên Hình 1.1c.
- Pha Aurivillius: Công thức chung là Bi2O2/An-1BnO3n-1 với các lớp perovskite có
độ dày tương ứng với n khối bát diện được ngăn cách bởi hai lớp BiO cấu trúc muối
ăn theo định hướng [111] và lớp nguyên tử giới hạn lớp perovskite là lớp AO. Ví dụ
điển hình của pha cấu trúc này là Bi2O2/Bi(Ti,Nb)2O7 tương ứng với n = 2 (Hình
1.1d).
- Pha Dion-Jacobson: Công thức chung là M+1An-1BnO3n+1 trong đó lớp ngăn cách
là một lớp đơn nguyên tử kim loại kiềm. Các ví dụ điển hình được thể hiện trên
Hình 1.1e bao gồm KlaNb2O7 và CsLaNb2O7.

Cấu trúc lý tưởng

Méo Jahn-Teller

(a)
(b)
Hình 1.2. (a) Méo mạng Jahn-Teller; (b) Méo mạng dạng sắt điện. Sự tách mức năng lượng dưới ảnh hưởng
của méo mạng Jahn-Teller được thể hiện ở phía dưới cấu trúc tương ứng trong hình (a). Cấu trúc hai hố thế
cũng được thể hiện ở phía trên cấu hình méo mạng sắt điện trong hình (b) 3.

1.1.2. Cấu trúc vùng năng lượng điện tử
Trong các oxit phức hợp, do chênh lệch lớn về mặt năng lượng giữa vùng hóa
trị của O và kim loại kiềm thổ và đất hiếm, vùng hóa trị và vùng dẫn được tạo nên
chủ yếu bởi các mức năng lượng liên quan đến phối trí BOx. Hay nói cách khác,
BOx là yếu tố chính quyết định trực tiếp các tính chất điện tử quan trọng của oxit
phức hợp. Mặt khác, trong các hợp chất của kim loại chuyển tiếp, tương tác đẩy
Coulomb tại chỗ U trên các orbital d chính là nguồn gốc của trạng thái cách điện.
3

Nguồn:

9