Spektroskopowe badania właściwości magnetycznych warstwowych związków RBa2Cu3O6+x i R2Cu2O5. Janusz Typek Instytut Fizyki

Podobne dokumenty
Reakcje jądrowe. X 1 + X 2 Y 1 + Y b 1 + b 2

ekranowanie lokx loky lokz

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

II.6 Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym

Badanie uporządkowania magnetycznego w ultracienkich warstwach kobaltu w pobliżu reorientacji spinowej.

Nadsubtelne pola magnetyczne 57 Fe w kwazibinarnych fazach Lavesa Sc(Fe Ni 1 x x ) 2 zsyntetyzowanych pod wysokim ciśnieniem

Magnetyczny Rezonans Jądrowy (NMR)

2. Metody, których podstawą są widma atomowe 32

Spin jądra atomowego. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

SPEKTROSKOPIA NMR. No. 0

Uporzadkowanie magnetyczne w niskowymiarowym magnetyku molekularnym

ZASTOSOWANIE SPEKTROSKOPII NMR W MEDYCYNIE

Reakcje jądrowe. kanał wyjściowy

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego - wprowadzenie

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym i elektrycznym

INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PROCESOWEJ, MATERIAŁOWEJ I FIZYKI STOSOWANEJ POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA ĆWICZENIE NR MR-3

NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan

Nadprzewodniki. W takich materiałach kiedy nastąpi przepływ prądu może on płynąć nawet bez przyłożonego napięcia przez długi czas! )Ba 2. Tl 0.2.

ν 1 = γ B 0 Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego h S = I(I+1)

Atomy mają moment pędu

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Wykład XIII: Właściwości magnetyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Własności magnetyczne materii

Frustracja i współzawodnictwo oddziaływań magnetycznych w związkach międzymetalicznych ziem rzadkich. Ł. Gondek

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

EPR w Biologii i Medycynie. Tomasz Okólski Tomasz Rosmus

Rozpad gamma. Przez konwersję wewnętrzną (emisję wirtualnego kwantu gamma, który przekazuje swą energię elektronom z powłoki atomowej)

Pomiar energii wiązania deuteronu. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu

Henryk Szymczak Instytut Fizyki PAN

30/01/2018. Wykład XII: Właściwości magnetyczne. Zachowanie materiału w polu magnetycznym znajduje zastosowanie w wielu materiałach funkcjonalnych

Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera

Absorpcja związana z defektami kryształu

Recenzja pracy doktorskiej mgr Tomasza Świsłockiego pt. Wpływ oddziaływań dipolowych na własności spinorowego kondensatu rubidowego

Siła magnetyczna działająca na przewodnik

Jądra o wysokich energiach wzbudzenia

Spektroskopia. mössbauerowska

Model uogólniony jądra atomowego

Czy warto jeszcze badad efekt magnetokaloryczny? O nowym kierunku prac nad magnetycznym chłodzeniem

NADPRZEWODNIKI WYSOKOTEMPERATUROWE (NWT) W roku 1986 Alex Muller i Georg Bednorz odkryli. miedziowo-lantanowym, w którym niektóre atomy lantanu były

WPŁYW MOCY MIKROFALOWEJ NA WIDMA EPR MELANIN Z DROSOPHILA MELANOGASTER. Ewa Buszman, Barbara Pilawa, Małgorzata Latocha, Tadeusz Wilczok

II.4 Kwantowy moment pędu i kwantowy moment magnetyczny w modelu wektorowym

Podstawy fizyki subatomowej. 3 kwietnia 2019 r.

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

Spektroelektrochemia technecjanów (VII) w środowisku kwasu siarkowego (VI)

6 Podatność magnetyczna

BADANIA WARSTW FE NANOSZONYCH Z ELEKTROLITU NA BAZIE ACETONU

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm

SPEKTROSKOPIA NMR PODEJŚCIE PRAKTYCZNE DR INŻ. TOMASZ LASKOWSKI CZĘŚĆ: II

Studnia kwantowa. Optyka nanostruktur. Studnia kwantowa. Gęstość stanów. Sebastian Maćkowski

INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PROCESOWEJ, MATERIAŁOWEJ I FIZYKI STOSOWANEJ POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA ĆWICZENIE NR MR-6

Analiza wpływu domieszkowania na właściwości cieplne wybranych monokryształów wykorzystywanych w optyce

ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI

Kontakt. Badania naukowe:

NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI PODSTAWOWE INFORMACJE O REAKCJACH JĄDROWYCH - NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA

dr inż. Beata Brożek-Pluska SERS La boratorium La serowej

MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY - podstawy

NATURALNY REAKTOR JĄDROWY

Badania trybologiczne materiałów inżynierskich Wyznaczanie przepuszczalności par wody przez materiały opakowań DWUMIESIĘCZNIK 3/ 2018

O egzotycznych nuklidach i ich promieniotwórczości

Atomy wieloelektronowe

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wzajemne relacje pomiędzy promieniowaniem a materią wynikają ze zjawisk związanych z oddziaływaniem promieniowania z materią. Do podstawowych zjawisk

II.3 Atom helu i zakaz Pauliego. Atomy wieloelektronowe. Układ okresowy

Detekcja promieniowania elektromagnetycznego czastek naładowanych i neutronów

MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY (MRJ) NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR)

III.1 Atom helu i zakaz Pauliego. Atomy wieloelektronowe. Układ okresowy

Fizyka współczesna. Jądro atomowe podstawy Odkrycie jądra atomowego: 1911, Rutherford Rozpraszanie cząstek alfa na cienkich warstwach metalu

Spektroskopia magnetyczna

Podczerwień bliska: cm -1 (0,7-2,5 µm) Podczerwień właściwa: cm -1 (2,5-14,3 µm) Podczerwień daleka: cm -1 (14,3-50 µm)

Fizyka silnie skorelowanych elektronów na przykładzie międzymetalicznych związków ceru

Przejścia promieniste

II.5 Sprzężenie spin-orbita - oddziaływanie orbitalnych i spinowych momentów magnetycznych

Oddziaływania elektrosłabe

Promieniowanie rentgenowskie. Podstawowe pojęcia krystalograficzne

Spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy)

Wykład Budowa atomu 3

Pole elektryczne w ośrodku materialnym

Niskie dawki poza obszarem napromieniania: symulacje Monte Carlo, pomiar i odpowiedź radiobiologiczna in vitro komórek

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS

dr inż. Zbigniew Szklarski

Badanie pętli histerezy magnetycznej ferromagnetyków, przy użyciu oscyloskopu (E1)

Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych

Eksperymentalne badanie układów kilkunukleonowych

Model elektronów swobodnych w metalu

3. Zależność energii kwantów γ od kąta rozproszenia w zjawisku Comptona

Liczby kwantowe elektronu w atomie wodoru

Materiały Reaktorowe. Fizyczne podstawy uszkodzeń radiacyjnych cz. 1.

Mikrostruktura oraz procesy przemagnesowania w magnetycznie twardych i miękkich stopach żelaza

Układ okresowy. Przewidywania teorii kwantowej

Porównanie statystyk. ~1/(e x -1) ~e -x ~1/(e x +1) x=( - )/kt. - potencjał chemiczny

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

Spektroskopia Analiza rotacyjna widma cząsteczki N 2. Cel ćwiczenia: Wyznaczenie stałych rotacyjnych i odległości między atomami w cząsteczce N 2

Atomowa budowa materii

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Badanie efektu Faraday a w kryształach CdTe i CdMnTe

Zjawisko rezonansu elektronowego ma wiele cech wspólnych z rezonansem jądrowym. Przewidziane teoretycznie w latach dwudziestych XX stulecia, również

FIZYKOCHEMICZNE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH. Witold Danikiewicz

Datowanie metodą Elektronowego Rezonansu Paramagnetycznego (EPR) Daniel Roch Fizyka techniczna Sem IX

Kombinatoryczna analiza widm 2D-NOESY w spektroskopii Magnetycznego Rezonansu Jądrowego cząsteczek RNA. Marta Szachniuk

Transkrypt:

Spektroskopowe badania właściwości magnetycznych warstwowych związków RBa2Cu3O6+x i R2Cu2O5 Janusz Typek Instytut Fizyki

Plan prezentacji Jakie materiały badałem? (Krótka prezentacja badanych materiałów) Jakimi metodami? (Stosowane metody badawcze) Co uzyskałem? (Rezultaty badań) Związki układu RBa2Cu3O6+x - wpływ pola krystalicznego na jony R3+ - magnetyczne właściwości związków w fazie nadprzewodzącej i normalnej - ERP kramersowskich jonów R3+ - ERP centrów paramagnetycznych Cu2+ Związki układu R2Cu2O5 - synteza, badania rentgenowskie i termograwimetryczne - EPR jonów Cu2+ Jakie wnioski wyciągnąłem? (Podsumowanie)

Badane materiały: RBa2Cu3O6+x

Badane materiały: R2Cu2O5

RBa2Cu3O6+x Cu2 Cu1

Prace dotyczące RBa2Cu3O6+x: ogólny schemat Znajomość poziomów energetycznych jonu R3+ wyznaczonych metodą rozpraszania neutronów (literatura) A Obliczenie parametrów pola krystalicznego, funkcji falowych i energii poziomów energetycznych jonu R3+ dla próbek o różnym deficycie tlenowym B Obliczenie ciepła właściwego CHα(T) jonów R3+ i porównanie z literaturowymi danymi doświadczalnymi C Obliczenie podatności magnetycznej χα(t) i namagnesowania Mα(H) oraz porównanie z danymi doświadczalnymi (własne i literaturowe) E D Obliczenie parametrów widma ERP jonów R3+ i ich porównanie z danymi doświadczalnymi (własnymi) Analizowanie widma ERP miedzi i kompleksów miedziowych

Prace dotyczące RBa2Cu3O6+x: etap A Er123 I13/2 4 840 mev 4 I15/2 80 mev Er3+ Parametry pola krystalicznego Bk znane z pomiarów neutronowych q (Yb123, Er123, Dy123, Nd123, Ho123) Obliczono energie i funkcje falowe rozszczepionego polem krystalicznym termu podstawowego Niekompletny zestaw parametrów Bkq (Tm123) CF Nie było pomiarów rozpraszania neutronów (Sm123, Eu123) Procedurą skalowania otrzymano pełny komplet parametrów

Prace dotyczące RBa2Cu3O6+x: etap A

Prace dotyczące RBa2Cu3O6+x: etap B Yb3+ w YbBa2Cu3O6+x

Prace dotyczące RBa2Cu3O6+x: etap C 0,4 c 0,1 100 M (ì B ) 0,2-1 (m o l e/em u ) (em u /m o l e) b 2,0 1,5 1,5 (â) 150 0,3 a 2,0 50 M p (ì B ) (á) 1,0 0,5 M a M b M c 1,0 0,5 (á) 0,0 0 10 20 30 T (K ) 40 50 0 0,0 0 50 100 150 200 250 300 T (K ) Yb123 0 5 10 15 H (T ) 20 25 (â) 0,0 0 5 10 15 H (T ) 20 25

Prace dotyczące RBa2Cu3O6+x: etap D Jony kramersowskie nieparzysta ilość elektronów f Spin efektywny S =1/2 hν Bez pola magnetycznego Z polem magnetycznym Hamiltonian zeemanowski Wartości główne tensora gi Położenie linii rezonansowej ERP w polu magnetycznym

Prace dotyczące RBa2Cu3O6+x: etap D Oddziaływanie wymienne Oddziaływanie nadsubtelne spinów jądrowych i spinu efektywnego Magnetyczne oddziaływanie dipol-dipol Do obliczenia szerokości linii ERP stosowano metodę momentów linii VanVleck (1932) Szerokość i kształt linii rezonansowej ERP

Prace dotyczące RBa2Cu3O6+x: etap D Moment linii (M2 i M4) dla różnych oddziaływań Oddziaływanie dipolowe Oddziaływanie wymienne Oddziaływanie nadsubtelne

Prace dotyczące RBa2Cu3O6+x: etap E Cu2+ (3d9) Identyfikacja dimerów i klasterów miedziowych Symulacja widma ERP miedzi za pomocą programu komputerowego Wnioskowanie na podstawie otrzymanych wartości parametrów hamiltonianu spinowego Yb0.5La0.5123 Klastery S=2 Yb123 gx=2.0385, gy=2.1188, gz=2.2340, ΔHx=90 MHz ΔHy=185 MHz, ΔHz=185 MHz.

Oddziaływania magnetyczne w układzie jonów Yb3+ w Yb123: ciepło właściwe Porównanie z eksperymentem: Redukcja wysokości piku i przesunięcie do niższych temperatur dla niskich pól magnetycznych Prawdopodobna przyczyna: Istnienie klasterów Yb3+, ale symulacja z użyciem klasteru S=2 nieudana

Oddziaływania magnetyczne w układzie jonów Yb3+ w Yb123: podatność i namagnesowanie Wniosek: Właściwości paramagnetyczne Yb123 nie w pełni wyjaśnia CF mały moment magnetyczny Yb3+ umożliwia zobaczenie wkładu innych centrów magnetycznych

Oddziaływania magnetyczne w układzie jonów Yb3+ w Yb123: ERP Próbka YbBa2Cu3O6.7 Symulacja komputerowa MONOQF, g(3.4, 3.7, 3.3) Wnioski: potwierdza stan podstawowy CF bliski kubicznemu, oś b łatwego namagnesowania Wniosek z analizy kształt linii (lorentzowskiej): Największy wkład -oddziaływanie wymienne z 2J=0.24 K, wkład oddziaływania dipolowego ~6%

Oddziaływania magnetyczne w układzie jonów Yb3+ w Yb123: ERP Próbka Yb0.5Y0.5Ba2Cu3O6.5 Wzrost szerokości linii w najniższych temperaturach wpływ centrów z pł. Cu2 Symulacja widma oddziaływaniami dipolowym i wymiennym nie w pełni wyjaśnia obserwowane widmo. Należy uwzględnić występowanie dimerów w pł. ab (r=3.8 A, 2J=-0.17 cm-1) Linia Yb3+ (g~3.43) tutaj węższa niż w Yb123

Oddziaływania magnetyczne w układzie jonów Cu2+ w Yb123: ERP Próbka Yb123 wygrzana w helu, z większym deficytem tlenowym, linia izotropowa w niskich temperaturach, rombowa w wysokich Dimery miedziowe z oddziaływaniem AF I(T)~1/T[3+exp(-J/kT)] J=-10 K Fluktuujące pole wewnętrzne, spowalniające przy obniżaniu temperatury powoduje poszerzenie linii Wniosek: widmo izotropowe - zlokalizowane klastery miedziowe indukowane przez dziury w warstwach Cu1 lub Cu2

Oddziaływania magnetyczne w związkach Er123 10 Ä C 5a Ä C (Jou l e/m ol e*k ) 8 Ä C 5b Ä C 5c 6 Ä C p (H = 5 T ) 4 Ä C (H = 0 T ) 2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 T (K ) Wniosek: Ciepło właściwe i podatność magnetyczna poprawnie opisana są za pomocą parametrów pola krystalicznego wyznaczonych w rozpraszaniu neutronów, nie ma dwu blisko siebie leżących dubletów Γ6 i Γ7.

Oddziaływania magnetyczne jonów Er3+ w ErxY1-xBa2Cu3O7-δ (δ~1): ERP Wniosek: Obserwowane widmo pochodzi od jonów Er3+ Stan podstawowy obliczony z parametrów pola krystalicznego (brak blisko lezącego dubletu) poprawnie odtwarza widmo x=1 x=0,5

Oddziaływania magnetyczne Er3+ w ErxY1-xBa2Cu3O7-δ (δ~1): ERP Analiza szerokości linii rezonansowej Wniosek: Oddziaływanie wymienne, aby poprawnie opisywało szerokość linii musi być anizotropowe w pł. ab (Ja=1,8 K (AFM), Jb=0,85 K (FM)). Przyczyną mogą być niejednorodności ładunkowe/spinowe w pł. Cu2 (pasemka?) Oddziaływanie wymienne zmniejsza szerokość i anizotropię szerokości dipolowych linii

Oddziaływania magnetyczne w związkach Dy123 Wnioski: Duża anizotropia magnetyczna, zgodność z danymi doświadczalnymi W silnym polu brak zgodności (zaburza uporządkowanie) Obliczona szerokość dipolowa za duża, należy uwzględnić oddziaływanie wymienne

Oddziaływania magnetyczne w związkach Sm123 Wnioski: W podatności magnetycznej wkład nie od domieszki BaCuO2, ale od FM klasterów miedzi z pł. Cu1 (11% jonów) Nie zarejestrowano sygnału ERP od Sm3+ (powinien być w polach powyżej 12 kgs) Zarejestrowano sygnał ERP od klasterów miedzi

Oddziaływania magnetyczne w związkach Nd123 Wnioski: Obliczona podatność poprawnie odtwarza eksperyment dla próbki x=1, dla próbki z deficytem tlenowym wkład od pł. Cu1 (widoczny dla H=1 koe) Nie obserwowano sygnału ERP od Nd3+ (obliczenia teoretycznie g~2.4, przykryty przez silny sygnał izotropowy Cu2+ od FM par miedziowych w pł. Cu1)

Oddziaływania magnetyczne w związkach R123 z jonami niekramersowskimi (Tm3+, Ho3+, Eu3+) Wnioski: [Tm3+] W fazie rombowej zgodność, w fazie tetragonalnej wpływ FM miedzi z pł. Cu1 [Ho3+] Zadowalająca zgodność podatności i ciepła właściwego [Eu3+] Wyraźny wpływ domieszki Eu2+ i jonów miedzi

R2Cu2O5 CuO RO CuO Łańcuchy CuO wzdłuż osi a Układ rombowy a~10.8 Å, b~3.5 Å, c~12.5 Å 1. AF w niskich temperaturach 2. Metamagnetyki w fazie AF

Prace dotyczące R2Cu2O5: ogólny schemat Synteza roztworów stałych (YxR1-x)2Cu2O5 A Badania rentgenograficzne i termograwimetryczne B Badania właściwości magnetycznych (ERP)

Prace dotyczące R2Cu2O5: etap A Reakcja syntezy Prawo Vegarda Prawo Bragga (sieć rombowa)

Prace dotyczące R2Cu2O5: etap A Krzywe termograwimetryczne analizowano stosując metodę Freemana-Carrolla Większy promień jonowy R3+(od Y3+) struktura mniej stabilna, niższa temp. rozkadu Zależne od defektów

Prace dotyczące R2Cu2O5: etap B (YxEr1-x)2Cu2O5 R-O-Cu k=6+1 I(x)=I0(1-xn), n=0,17 n 1/k

ERP związków R2Cu2O5: pomiary temperaturowe (Y0.5Er0.5)2Cu2O5 p=0.74 Er225 TN=27 K Y225 TN=11 K q=1 θcw=32 K 2D

ERP związków R2Cu2O5: pomiary temperaturowe (Dy0.375Y0.625)2Cu2O5

ERP związków R2Cu2O5: oddziaływania magnetyczne Korelacje I: T>100 K (1D) II:30 K<T<100 K (2D) III: T<22 K (3D)

Podsumowanie Związki R123 Pole krystaliczne: Parametry pola krystalicznego dla różnych R3+ w R123 wykazują systematyczne zmiany, co umożliwia ich przewidywanie dla tych R3+, dla których są one nie zmierzone. Należy uwzględnić wzbudzone poziomy energetyczne. Właściwości magnetyczne: Ciepło właściwe, podatność magnetyczna i namagnesowanie obliczone ze znanych poziomów energetycznych jonów R3+ w ogólności poprawnie odtwarza wyniki eksperymentalne, a ewentualne różnice (szczególnie dla próbek z deficytem tlenowym) można wyjaśniać innymi powodami (np. obecnością jonów i klasterów miedzi). Spektroskopia ERP umożliwia identyfikacje widm R3+ jonów kramersowskich i wydzielenie wkładu od kompleksów miedziowych (cztery rodzaje centrów jonów Cu2+). Związki R225 Pokazano, że spektroskopia ERP umożliwia badanie niskowymiarowego magnetyzmu układu jonów miedzi oraz wpływ na niego jonów R3+.