Měření a analýza tepelné Měření a analýza tepelné kapacity YPdkapacity YPd55AlAl22 a NdPd a NdPd55AlAl22

Zpracovali

Martin Duřt a Milan Ročeň

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme

do vaší budoucnosti

ObsahObsah• Úvod

– Motivace• Teorie

– Magnetismus– 4f magnetismus

• Vlastní výsledky– Grafy PPMS– Fázové diagamy– Možnosti do budoucna

• Závěrečná rekapitulace získaných vědomostí– Růst krystalů z přesyceného roztoku– Analýza čistoty krystalů pomocí elektronového Mikroskopu– Rentgenová analýza symetrie krystalů pomocí Laueho difrakce– Měření měrného tepla na zařízení PPMS

MotivaceMotivace

• Sloučenina Ce2RhIn8 vykazuje velmi zajímavé vlastnosti v nízkých teplotách

• Je antiferromagnetem s tlakem indukovanou supravodivostí (TN=2,8K, Tc=2K při p=2,5GPa)

• Magnetizmus je důležitým vodítkem k této nekonvenční supravodivosti

• Studium magnetismu v cerových sloučeninách je obtížná kvůli velkému množství vedlejších efektů

• Studujeme isostrukturní sloučeniny s jinou vzácnou zeminou (Dy, Ho, Tb)

Trochu teorieTrochu teorie

MagnetismusMagnetismus

• Vytvářen pohyby el. náboje (← nabitá hmota)

• Hmota vytváří magnetické pole

• Podle chování v magnetickém poli - Ferromagnetismus (nejsilnější působení)

- Diamagnetismus

- Paramagnetismus

E

t

c.

Ferromagnetismus/paramagnetismusFerromagnetismus/paramagnetismus

• Běžný

• B=0T - magnetické momenty - chaotické směry, celkový moment =0

• B>0T - magnetizace - magnetické momenty se srovnají do jednoho

směru – silné magnetické působení

- ferromagnety -permanentní magnety

(zůstanou zmagnetizované)

• Nejběžnější – triáda železa (Fe, Co, Ni)

• Výjimka tzv. ferrimagnetismus – magnet. momenty se srovnají do 1800 proti sobě - přesto magnetické působení - ferrimagnety – tzv. ferrity

DiamagnetismusDiamagnetismus

• B>0T – zeslabuje magnetické pole – magnetické momenty působí ve 1800 proti poli

• Supravodič – ideální diamagnet – úplně vytlačí

magnetické pole

→ magnetická levitace

4f magnetismus4f magnetismus

• d-kovy mají velké orbitaly, které se v kovech překrývají magnetické uspořádání

• 4f orbital je velice malý nedochází k překryvu orbitalů• Magnetický moment je přenášen pomocí vodivostních

elektronů• Této vazbě se říká RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-

Yosida ) a zajímavé je, že je periodická toto preferuje antiferromagnetické uspořádání

Výsledky naší práceVýsledky naší práce

Výsledky DyVýsledky Dy22RhInRhIn88

0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20 25 30

T (K)

Cp (

J/m

ol.K

)

B=0B=2B=4B=5B=7B=8B=10

Zdroj

Síla a směr magnetického pole zdroje

Výsledky DyVýsledky Dy22RhInRhIn88

0

1

2

3

4

5

0 5 10 15 20 25 30

T (K)

Cp/T

(J/

mo

l.K2)

B=0B=2B=4B=5B=7B=8B=10

0

50

100

150

200

250

0 10 20 30 40

T (K)

Cp (

mJ

/mo

l.K

)

B=0

B=4T

B=7T

B=11T

B=12T

B=13T

B=14T

Výsledky TbVýsledky Tb22RhInRhIn88

0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30 40 50 60

T (K)

Cp/T

(m

J/m

ol.

K2)

B=0

B=4T

B=7T

B=11T

B=12T

B=13T

B=14T

Výsledky TbVýsledky Tb22RhInRhIn88

Výsledky HoVýsledky Ho22RhInRhIn88

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12

Cp (

mJ

/mo

l.K

)

B=0T

B=1T

B=2T

B=3T

B=3.5T

B=4.5T

B=5T

B=6.5T

T (K)

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8 10 12 14

T (K)

C/T

(J/m

ol.K2

)

B=0T

B=1T

B=2T

B=3T

B=3.5T

B=4.5T

B=5T

B=6.5T

Výsledky HoVýsledky Ho22RhInRhIn88

VyhodnoceníVyhodnocení

• Zjištění přechodů z paramagnetického stavu do antiferromagnetického stavu

• Při aplikaci vnějšího magnetického pole pozorujeme metamagnetický přechod do jiného antiferromagnetického uspořádání

• Díky detailnímu měření jsme mohli zkonstruovat magnetický fázové diagramy

Fázový diagramFázový diagram

Fázový diagramFázový diagram

Fázový diagramFázový diagram

Možnosti dalšího výzkumuMožnosti dalšího výzkumu

• Zjištění magnetické struktury fází AF1 a AF2 nutnost měření na neutronovém zdroji či synchrotronu

• Vypěstovat nemagnetické analogické krystaly (La2RhIn8; Y2RhIn8) pomocí nich detailněji analyzovat měrné teplo

Co jsme se naučili?Co jsme se naučili?

Růst krystralů z přesyceného roztokuRůst krystralů z přesyceného roztoku

Nádoba

Teplota

Počáteční navážka (R, In, Rh)

Indium

Zbytek prvků se rozpouští

Roztok je přesycen

Začínají se objevovat krystaly

Krystaly jsou hotové

Analýza čistoty krystalu na Analýza čistoty krystalu na elektronovém mikroskopuelektronovém mikroskopu

• Analýza probíhá rychle (na rozdíl Analýza probíhá rychle (na rozdíl od měření na PPMS)od měření na PPMS)

• Zajímavým prvkem mikroskopu je Zajímavým prvkem mikroskopu je Joyball – interaktivní vstupní Joyball – interaktivní vstupní zařízenízařízení

• Při neopatrném manipulování s Při neopatrném manipulování s platy hrozí ztráta vzorků (které jsou platy hrozí ztráta vzorků (které jsou obvykle dost drahé)obvykle dost drahé)

• Viděli jsme vzorky zvětšené 1263x Viděli jsme vzorky zvětšené 1263x

Analýza symetrie monokrystalů Analýza symetrie monokrystalů pomocí Laueho difrakcepomocí Laueho difrakce

• Tuto metodu vymyslel Max von Laue, německý nositel Nobelovy ceny

• Spočívá v bombardování krystalu rentgenovými paprsky

• Podle síly a úhlů odrazu odražených paprsků můžeme vytvořit 3D model pozic všech atomů v krystalu

Analýza symetrie monokrystalů Analýza symetrie monokrystalů pomocí Laueho difrakcepomocí Laueho difrakce

• Viděli jsme RTG záření (ve formě fluorescence na stínítku)

Krystal

Zdroj paprsků

Detektor dopadajících paprsků

Paprsky

Měření měrného tepla na PPMSMěření měrného tepla na PPMS

• Během umisťování vzorků na puck je nutná opatrnost

• Samo měření je velmi zdlouhavé (2 dny na vzorek)

Puck

Logo společnosti Quantum Design, vyrábějící zařízení PPMS

Děkujeme za pozornostDěkujeme za pozornost