Введение 3
Глава 1. Натриевые кобальтаты NaxCoO2 5
1.1. Структура и физические свойства NaxCoO2 5
1.2. Проблемы синтеза и исследования образцов 7
1.3. Структура и физические свойства фазы Na2/3CoO2 8
Глава 2. Методика эксперимента 11
2.1 Синтез образцов монокристаллов Na2/3CoO2 11
2.1. Измерение удельного сопротивления 12
1.5. Измерение эффекта Холла 14
2.2 Разработка и сборка светодиодной подсветки для микроскопа 16
2.3. Система со сверхпроводящим магнитом для измерения физических
свойств PPMS 19
2.3. Рефрижератор растворения BF-LD400 20
Глава 3. Экспериментальные результаты 23
3.1 Температурная зависимость удельного сопротивления в диапазоне низких
температур 23
3.2. Температурная зависимость удельного сопротивления в диапазоне
сверхнизких температур 24
3.3. Температурная зависимость постоянной Холла в диапазоне низких
температур 25
Глава 4. Обсуждение результатов 27
Заключение 29
Список использованной литературы
В 1986 году Карлом Мюллером и Георгом Беднорцем в купратах лантана- бария была открыта высокотемпературная сверхпроводимость (ВТСП) [1]. Проблема ВТСП захватила умы многих ученых по всему миру. В данный момент число публикаций по этой проблеме превышает общее число всех публикаций по сверхпроводимости с самого её открытия, а прошло уже более ста лет. В то же время механизм ВТСП купратов до сих пор нельзя считать до конца установленным. Возможно, решению этой проблемы поможет исследование систем с похожими свойствами. В 2003 году была обнаружена сверхпроводимость в натриевых кобальтатах [2]. Как и купраты, натриевые кобальтаты имеют слоистую кристаллическую структуру. Так же, как и в купратах, сверхпроводимость в кобальтатах возникает при определенной концентрации носителей в плоскостях CoO2, которая регулируется количеством атомов допанта (натрия) между плоскостями. Подобная схожесть систем дает надежду, что изучение натриевых кобальтатов может помочь в понимании природы ВТСП купратов.
Важной проблемой в изучении натриевых кобальтатов является проблема получения однородных образцов. Натриевые кобальтаты имеют несколько устойчивых фаз, но сложно получить монофазный монокристалл. Ранее опубликованные исследования проводились на поликристаллических образцах, содержащих в себя смесь фаз.
Целью данной работы, является измерение транспортных свойств монокристаллов фазы Na2/3CoO2. Ранее изучение данной фазы методом ЯМР показало, что в ней спины дырок ферромагнитно скоррелированны в плоскостях CoO2 и антиферромагнитно между плоскостями, и, данная фаза является практической реализацией двумерного ферромагнитного металла. Поэтому исследование транспортных свойств этой фазы натриевых кобальтатов является актуальной задачей.
Получаемые нами образцы имеют достаточно маленькие линейные размеры, поэтому измерения проводились четырехзондовым методом ван дер Пау, позволяющим рассчитать электросопротивление зная только толщину образца. Так же для удобства крепления измерительных контактов на образец была разработана и собрана светодиодная бестеневая подсветка для микроскопа с регулируемой яркостью.
В диапазоне температур от 2 К до 300 К измерения проводились с использованием установки для измерения физических свойств PPMS (Physical Property Measurement System) фирмы Quantum Design. Для измерений в диапазоне температур от 100 мК до 3 К использовался рефрижератор растворения LD400 фирмы BlueFors.
В результате проведенных измерений было обнаружено, что удельное сопротивление монокристаллов соединения Na2/3CoO2на участке от 2 К до 300 К зависит от температуры почти линейно, а при сверхнизких температурах зависит как ~T1.76, что характерно для ферми-жидкости.
Так же было проведено исследование температурной зависимости постоянной Холла в диапазоне температур от 2 К до 300 К. Обнаружено, что эта зависимость имеет сильно нелинейный характер, а при температуре 200 К происходит смена знака постоянной Холла, что указывает на изменение знака носителей зарядов в системе.
Во время проведенной работы была освоена технология синтеза образцов натриевых кобальтатов и методика крепления к ним электрических контактов для последующего исследования транспортных свойств. В ходе работы была разработана и изготовлена бестеневая подсветка с регулируемой яркостью для микроскопа. Был изучен и освоен четырехзондовый метод ван дер Пау для измерения и расчета удельного сопротивления и постоянной Холла для квадратных образцов. Было освоено измерение транспортных свойств и эффекта Холла на установке PPMS и работа с рефрижератором растворения BF- LD400.
