English

1. Họ và tên nghiên cứu sinh: Phạm Thế Tân                                          

2.Giới tính: Nam

3. Ngày sinh:     17/09/1980                                                                               

4. Nơi sinh: Hải Dương

5. Quyết định công nhận  nghiên cứu sinh: Số 2385/QĐ-SĐH ngày 29/06/2007 của Giám đốc Đại học Quốc gia Hà Nội.

6. Các thay đổi trong quá trình đào tạo:  Không

7. Tên đề tài luận án: Cấu trúc và tính chất của một số loại perovskite đơn và kép chứa Mn.

8. Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn.                                                          

9. Mã số: 62440104

10. Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hoàng Nam Nhật      

11. Tóm tắt các kết quả mới của luận án:

- Chúng tôi đã chế tạo thực nghiệm thành công hệ perovskite đơn CaMnO₃, và hệ pha tạp  CaFe_xMn_1-xO₃ (x = 0,01; 0,03; 0,05)); hệ perovskite kép La₂CoMnO₆ và pha tạp La₂Co_1-xFe_xMnO₆ (x = 0,01; 0,02; 0,03)). Chúng tôi đã nghiên cứu cấu trúc và tính chất của các vật liệu được chế tạo bằng các phương pháp nghiên cứu hiện đại có độ chính xác cao, bao gồm nhiễu xạ tia X, tán xạ Raman, hấp thụ hồng ngoại, xác định được tính chất và các đặc trưng từ, điện của vật liệu ... Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trong 10 công trình trên các tạp chí và kỷ yếu hội nghị khoa học chuyên ngành trong và ngoài nước.

- Bằng các công cụ mô phỏng chúng tôi cũng đã xác định tất cả các cấu trúc từ khả dĩ trong hệ perovskite đơn CaMnO₃, và chỉ ra sự hình thành của tương tác sắt từ trong các hạt/màng có kích thước nano. Tất cả các cấu trúc từ đều có khả năng tồn tại thực tế, trong những điều kiện nhất định, khi quá trình suy biến cấu trúc tạo điều kiện hình thành các trạng thái sắt từ có mức năng lượng cơ bản thấp hơn là phản sắt từ. Sự hình thành của trạng thái sắt từ luôn là điều đáng quan tâm trong các hệ phản sắt cách điện từ truyền thống như CaMnO₃. Các số liệu tối ưu của trạng thái cơ bản chuyển dịch điện tích G-AF của mẫu khối CaMnO­₃ là:  E_g = 1,09 eV, ∆_pd = 3 eV và U = 6,2 eV; đối với màng mỏng thì trạng thái cơ bản cách điện C-AF là trạng thái ưu tiên. Trong mẫu khối khoảng cách năng lượng giữa hai trạng thái G-AF và C-AF (1 trục sắt từ) cũng chỉ ~16 meV (tương ứng nhiệt độ chuyển pha sắt từ yếu – thuận từ chỉ vào cỡ 185 K). Ở kích thước nhỏ hơn 2,7 nm, sự thẩm thấu tương tác sắt từ tử bề mặt vào bên trong vật liệu có thể dẫn tới tính kim loại. Độ rộng vùng cấm của các hệ màng nhỏ hơn so với độ rộng vùng cấm mẫu khối.

-Trên hệ perovskite đơn lớp CaFe_xMn_1-xO₃(x = 0,01; 0,03; 0,05), quá trình thay thế các ion Mn bằng các ion Fe đã làm cho từ độ giảm, nhưng trong hệ perovskite kép La₂Co_1-xFe_xMnO₆ việc thay thế dần Fe cho Co (x = 0,00; 0,01; 0,02; 0,03) đã làm tăng từ độ và từ độ bão hòa, tuy nhiên T_C và H_c lại bị giảm đi. Điện trở suất cũng suy giảm nhưng mô hình dẫn (VRH) thì vẫn không thay đổi và VRH vẫn được coi là phù hợp nhất. Sự suy giảm tương tác phản sắt từ từ 3D sang 2D (từ CaMnO₃ đến La₂CoMnO₆) cũng làm suy giảm từ độ và lực kháng từ. Sự phụ thuộc của T_C vào tỉ phần thay thế là khá phù hợp với các mô hình bán thực nghiệm do chúng tôi đưa ra, và chỉ ra sự thay đổi của tương tác sắt từ theo nồng độ Fe thay thế. Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp Fe lên tỉ phần ion Mn³⁺/Mn⁴⁺ (liên quan trực tiếp đến độ lớn tương tác sắt từ) là một yếu tố quan trọng quyết định tính chất của các hệ manganites đơn và kép được nghiên cứu.

12. Khả năng ứng dụng thực tiễn:

- Các kết quả thu được, về lý thuyết cũng như thực nghiệm, góp phần giải thích sự hình thành của tương tác sắt từ trong các hợp chất manganites khi pha tạp Fe ở nồng độ thấp. Các manganites là các hợp chất đa pha sắt điện-sắt từ (multi-ferroics) với nhiều ứng dụng thực tế trong công nghệ spin-điện tử hiện đại nên các kết quả của luận án có thể được sử dụng tiếp tục trong các nghiên cứu sâu hơn về công nghệ chế tạo vật liệu đa pha sắt điện-sắt từ.

13. Các hướng nghiên cứu tiếp theo:

- Nghiên cứu hiện tượng chuyển pha sắt từ tại vùng nhiệt độ thấp trong hệ perovskite kép là một đề tài lý thú hứa hẹn các hiệu ứng mới còn chưa được hiểu biết tường tận, ví dụ trạng thái thủy tinh spin tái lập (re-entrant spin glass state)

- Nghiên cứu tiếp tục về tính kim loại trên hệ gốm CaMnO₃ (hệ đơn) có kích thước hạt trong vùng nano mét (nhỏ hơn 5,4 nm) là một hướng quan trọng của đề tài này trong tương lai. Sự xuất hiện của tính sắt từ trong hệ gốm cách điện là một đề tài rất đáng quan tâm.

14. Các công trình công bố liên quan đến luận án:

[1] Tran Thi Hong, Pham The Tan, Hoang Nam Nhat (2008), “Nanoparticles CuMn₂O₄ for methanol decomposition”, Enviromental science& technology for the earth, Osaka, Japan, pp. 225-232.

[2] Vu Phuong Thanh, Nguyen Kien Cuong, Pham The Tan and Hoang Nam Nhat (2008), “Preparation, nanostructure, electronic and optical properties of the CaCu₃Ti₄O₁₂ ceramics with colossal dielectric constant”, Proceedings of  APCTP–ASEAN Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology, p. 888-892.

[3] Pham The Tan, Tran Thi Hong, Hoang Nam Nhat (2009),  “Ca₃Mn₂O₇/TiO₂ thin- film coating’s effect on deactivation of biological pollutants”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị vật lý Chất rắn toàn quốc lần thứ 6, tr. 1136-1139.

[4] Pham The Tan, Nguyen Kien Cuong, Fedor Valach and Hoang Nam Nhat (2009), “A simple method to estimate the spontaneous polarization in perovskite-like nanocrystallites”, J Phys CS 187, 012080.

[5] Hoang Nam Nhat,  Pham The Tan (2010), “NMR in one-dimensional spin chains”, COMMAT-S 49, S341-S347.

[6] Thuy Trang Nguyen, Thanh Cong Bach, Huong Thao Pham, The Tan Pham, Duc Tho Nguyen and Nam Nhat Hoang (2011), “Magnetic state of the bulk, surface and nanoclusters of CaMnO₃: A DFT study ” Physica B: Condensed Matter 406 (19), pp. 3613-3621.

[7] Phạm Đức Huyền Yến, Phạm Thế Tân, Nguyễn Đức Thọ, Phạm Đức Thắng, Hoàng Nam Nhật (2011), “Cấu trúc điện tử của hệ manganite pha tạp sắt Ca(Fe_xMn_1-x)O₃ (x=0.01, 0.02, 0.03, 0.05)”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị vật lý Chất rắn toàn quốc lần thứ 7,tr. 120-125.

[8] Tran Thi Hong, Pham The Tan , Hoang Nam Nhat (2011), “On oxygen decifiency in nanocrystallites La_1-xSr_xCoO₃”, e-J. Surf. Sci. Nanotech 9. pp.  469-471.

[9] Duc Huyen Yen Pham, The Tan Pham, Duc Tho Nguyen, Duc Thang Pham and Nam Nhat Hoang (2013), “Optical Spectra of Colloidal Fe-doped Manganate CaMn_1-xFe_xO₃ (x = 0, 0.01, 0.03, 0.05)”, Journal of the Korean Physical Society, pp. 2133-2138.

[10] The-Tan Pham, Huyen-Yen Pham, Nam-Nhat Hoang and Nguyen Quang Hoa (2014), “Structure and Properties of Double Perovskite System La₂Co_1-xFe_xMnO₆^”. Communications in Physics, Vol. 24, No. 3S1 (2014), DOI:10.15625/0868-3166/24/3S1/5224, pp. 80-84.