Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Nanostruktury metaliczne w redukowanych szkłach bizmutowo-germanianowych, bizmutowo-krzemianowych i ołowiowo- germanianowych: struktura, transport nośników.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Nanostruktury metaliczne w redukowanych szkłach bizmutowo-germanianowych, bizmutowo-krzemianowych i ołowiowo- germanianowych: struktura, transport nośników."— Zapis prezentacji:

1 Nanostruktury metaliczne w redukowanych szkłach bizmutowo-germanianowych, bizmutowo-krzemianowych i ołowiowo- germanianowych: struktura, transport nośników ładunku i nadprzewodnictwo. (czyli od izolatora do nadprzewodnika) Dr Bogusław Kusz Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechnika Gdańska

2 §1.Wstęp. §2. Szkła Bi-Si-O, Bi-Ge-O i Pb-Ge-O: synteza, struktura i przewodnictwo elektryczne. §3. Redukowane szkła bizmutowo-germanianowe i bizmutowo-krzemianowe: redukcja bizmutu, struktura, przemiany fazowe i przewodnictwo elektryczne. §4. Nadprzewodnictwo w Bi i Pb. §5. Nadprzewodnictwo warstw granul Pb wytworzonych metodą redukcji w wodorze szkieł ołowiowo-germanianowych. §6. Podsumowanie. Plan prezentacji

3 Schemat badań Bi x Ge 1-x O 2-0,5x 0.13

4 Zależność przewodności elektrycznej szkieł Bi x Ge 1-x O 2-0,5x (gdzie x=0,13;0,23;0,33;0,47) oraz Bi x Si 1-x O 2-0,5x (gdzie x=0,47;0,57;0,67) od temperatury (300K-750K). Badania stałoprądowego przewodnictwa elektrycznego szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych.

5 L.p SzkłoE A [eV]T g [K]  [g/cm 3 ] kolor 1 Bi 0,13 Ge 0,87 O 1,94 1,40±0,05 727±15 4,42±0,05brązowo-czerwony 2 Bi 0,.23 Ge 0,77 O 1,8 9 1,64±0,05 747±5 5,02±0,05brązowo-czerwony 3 Bi 0,33 Ge 0,67 O 1,84 1,49±0,05 736±5 5,77±0,05żółty 4 Bi 0,47 Ge 0,53 O 1,77 1,38±0,05 732±5 6,41±0,05brązowo-czarny 5 Bi 0,47 Si 0,53 O 1,77 1,29±0,05 720±5 5,85±0,05czarny 6 Bi 0,57 Si 0,43 O 1,72 1,21±0,05 706±5 6,46±0,05żółty 7 Bi 0,67 Si 0,33 O 1,67 1,20±0,05 702±5 7,07±0,05 żółty Szkła nie poddane redukcji – wybrane własności.

6 Wykresy przewodności elektrycznej w funkcji temperatury szkła Bi 0.65 Si 0.35 O 1.68 oraz fragmentów próbki po przepływie ładunku w temperaturze bliskiej T g (część czarna i czerwona). O - -

7 Dane doświadczalne: 1.efekt elektrodowy 2.  (T) jak T -1 z energią aktywacji >1eV 3. kolorystyka 4.spektroskopia zmiennoprądowa (jeden mechanizm) 5.wpływ Sb 2 O 5 na kolor. Wniosek: Nośnikami ładunku w badanych szkłach są jony tlenu.

8 Redukowane szkła Pb-Ge-0, Bi-Ge-0 i Bi-Si-O: redukcja bizmutu i ołowiu, struktura, przemiany fazowe i przewodnictwo elektryczne. Redukcja: - Bi-O-Si- + H 2 Bi 0 + -O-Si-O- + H 2 O - Bi-O-Ge- + H 2 Bi 0 + Ge 0 +-O-Ge-O- + H 2 O - Pb-O-Ge- + H 2 Pb 0 + Ge 0 +-O-Ge-O- + H 2 O Wynik redukcji: a/ atomy Bi lubPb łączą się w większe aglomeraty - nanostruktury o różnych średnicach d, b/ powstaje materiał o strukturze przypadkowo upakowanych granul Pb (Bi) w matrycy X-O 2 (X=Ge,Si), c/ warstwa granul Bi lub Pb na powierzchni szkieł. Przewodnictwo elektryczne tak otrzymanych materiałów będzie zdeterminowane przez: 1/ tunelowanie elektronów między granulami Bi lub Pb, [przewodnictwo elektryczne  (d,s,  r, p.porządku) więc  (t r,T r,składu)] 2/ przewodnictwo po warstwie granul Bi lub Pb na powierzchni.

9 Próbki szkieł poddane redukcji w temperaturze: T red =613K Zdjęcia AFM i mikroskopu optycznego powierzchni i przekrojów próbek. Bi-Ge-O Bi-Si-O 0 h 44 h 7 h 44h 24 h 48 h

10 Rentgenogramy próbek przed redukcją Pb0, po redukcji w czasie 3,7,12 i 24 godzin (Pb7-Pb24). Dla porównania zamieszczono widmo „masowego” ołowiu (Pb-bulk). W celu polepszenia widoczności poszczególne wykresy są przesunięte względem siebie. Przykład badań rentgenograficznych redukowanych szkieł ołowiowo-germanianowych

11 Bi x Ge 1-x O 2-0.5x i Pb x Ge 1-x O 2 G1 G3 G5 szkło Bi (Pb)-germanianowe warstwa granul Bi(Pb) w matrycy szkła GeO 2 Bi (Pb) i Ge granule S1 S2 S3 szkło bizmutowo-krzemianowe warstwa granul Bi w matrycy szkła SiO 2 Bi granule Bi x Si 1-x O 2-0.5x Model struktury redukowanych szkieł. Uwaga: warstwa granul Pb w matrycy GeO w szkłach Pb-Ge-O nie występuje lub jest bardzo cienka.

12 Przełomy próbki Bi 0,53 Si 0,47 O 1,72 po 48h redukcji w temperaturze 613K. tuż po wypolerowaniu po 24 godzinnej ekspozycji zatopionych w żywicy w powietrzu fragmentów szkła po redukcji wpływ pęknięć na rezultat redukcji. 50  m

13 Przewodnictwo (oporność) powierzchniowa R=  L/(hd) R=   L/d  =1/  =Rhd/L [  cm]   =1/   =R d/L [  ] LL dd hh

14 Wpływ redukcji na własności elektryczne szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych. Przewodność powierzchniowa szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych w funkcji czasu redukcji w temperaturze 613K.

15 Zależność powierzchniowej przewodności elektrycznej szkła Pb 0.3 Ge 0.7 O 1.7 od czasu trwania redukcji. Temperatury redukcji –623K, 648K i 673K. Pb2, Pb3,Pb7,Pb15 i Pb24 są oznaczeniami serii próbek poddanych dalszym badaniom. Wpływ redukcji na własności elektryczne szkieł ołowiowo-germanianowych.

16 Wpływ przemian fazowych granul bizmutu na przewodnictwo elektryczne redukowanych szkieł bizmutowo-germanianowych i bizmutowo-krzemianowych. Wyniki pomiarów DSC i przewodności elektrycznej w funkcji temperatury próbki S3. Wiadomości ogólne o Bi i Pb: 1.podczas krzepnięcia następuje zwiększenie objętości Bi o 3%, a ołowiu objętość zmniejsza się o ok.2 % 2.podczas krzepnięcia następuje zwiększenie oporności Bi (2.3 razy), i zmniejszenie oporności ołowiu (2 razy) 3.temperatura topnienia (krzepnięcia) zależy od rozmiaru badanej próbki. 4.możliwe jest występowanie procesów przegrzania i przechłodzenia.

17 Mechanizm transportu ładunku w strukturach ziarnistych (rodzynki w cieście)

18 Graficzne przedstawienie hoppingu elektronów w próbkach szkła Bi (Pb)-GeO 2 oraz Bi-SiO 2  (T)=  0 exp[(-T 0 /T) n ] 1/4  n  1

19 Zależność przewodności elektrycznej redukowanych szkieł bizmutowo-krzemianowych od temperatury (T -1/2 ). Zakres pomiarowy od 4.2K do 580K.  (T)=  0 exp[(-T 0 /T) n ]

20 Modele przewodnictwa w domieszkowanych półprzewodnikach i materiałach granulastych: termicznie aktywowany hopping między dozwolonymi stanami (przypadkowo ułożonymi w przestrzeni i o różnych energiach) 1.Model VRH Motta 1968 (M) 2.Model Efros-Shklovskii –1975 (ES) (słabo domieszkowanych półprzewodnikach) 3.Zastosowanie modelu ES do układów granulastych – za i przeciw 4.Model hoppingu poprzez wirtualne stany – Zvyagin (2001,2002) Przewodnictwo elektryczne warstw granul metalu w osnowie szkła, w niskich temperaturach zmienia się z wykładnikiem ½ natomiast w wyższych temperaturach z wykładnikiem ¼.  (T)=  0 exp[(-T 0 /T) 1/4 ]  (T)=  0 exp[(-T 0 /T) 1/2 ]

21 Nadprzewodnictwo Bi i Pb Romboedryczny bizmut jest półmetalem o gęstości nośników 3n e = n h =10 17 cm -3. W warunkach normalnych nie wykazuje nadprzewodnictwa (T c <50mK). Jednak pod ciśnieniem powyżej 25 kbarów powstają fazy II, III i V będące nadprzewodnikami w temperaturze poniżej odpowiednio 3.9K, 7.2K i 8.9 K. W fazie fcc T c <4K. W amorficznej fazie Bi występuje nadprzewodnictwo poniżej 6,2K. Niektórzy znaleźli nadprzewodnictwo w warstwach romboedrycznego granulastego bizmutu. Jednak granule muszą być odpowiednio małe (<30nm), a efekt nadprzewodnictwa jest wiązany raczej z powierzchniową deformacją struktury granul (wzrost N(E F )). Istotne jest otoczenie granul (donor H, akceptor O). redukcja szkła Bi-Ge-O=warstwa granul Bi o średnicy ok. 30nm... Ołów jest jednym z lepiej poznanych „starych” nadprzewodników. T c =7.2K redukcja szkła Pb-Ge-O=warstwa granul Pb o średnicy ok nm.

22 H.M.Jaeger, D.B.Haviland, B.G.Orr, A.M.Goldman Phys.Rev.B vol 40 (1989) 182 Wyniki badań przewodnictwa elektrycznego warstw metali naparowywanych na zimne podłoże (T<50K)

23 H.M.Jaeger, D.B.Haviland, B.G.Orr, A.M.Goldman Phys.Rev.B vol 40 (1898) 182 The critical resistivity level of R crit =h/4e 2 =6.45 k  is marked by dotted line.

24 D maleje Pb Bi D.B.Haviland, Y.Liu A.M.Goldman Phys.Rev.Lett. Vol 62 (1989) 2180 H.M.Jaeger, D.B.Haviland, B.G.Orr, A.M.Goldman Phys.Rev.B vol 40 (1898) 182 Zależność T C (D)

25 E.R.Khan, E.M.Pedersen, B.Kain, A.J.Jordan, R.P.Barber jr. Phys.Rev.B 61 (2000) 5909

26

27 Wyniki badań właściwości elektrycznych warstwy ołowiu wytworzonych metodą redukcji szkła ołowiowo-germanianowego.

28 Próbki redukowane w temperaturze 673K. 3 godziny Pb3 7 godzin Pb7 15 godzin Pb15 24 godzin Pb24 48 godzin Pb48

29

30

31 Wnioski: 1.Mimo, iż warstwy Pb tworzone są w temperaturze 673 K zależności oporności powierzchniowej od temperatury dla różnych grubości warstwy są jakościowo podobne do rezultatów otrzymywanych dla warstw metali naparowywanych na zimne podłoże. 2.Temperatura krytyczna zależy od wielkości garnul metali. 3.Wyznaczona dla warstw ołowiowych wytworzonych metodą redukcji szkła ołowiowo-germanianowego wartość powierzchniowej oporności krytycznej jest mniejsza o rząd od oczekiwanej. Może to być spowodowane obecnością germanu w warstwie.


Pobierz ppt "Nanostruktury metaliczne w redukowanych szkłach bizmutowo-germanianowych, bizmutowo-krzemianowych i ołowiowo- germanianowych: struktura, transport nośników."

Podobne prezentacje


Reklamy Google