Medidas de transporte y magnetismo bajo altas presiones
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Medidas de transporte y magnetismo bajo altas presiones
Medidas de transporte y magnetismo bajo altas presiones Prof. Jesús González [email protected] CENTRO DE ESTUDIOS DE SEMICONDUCTORES Facultad de Ciencias, Departamento de Física, Universidad de Los Andes – Mérida Venezuela Esquema de una celda tipo Bridgman con sistema de calentamiento externo y conexiones eléctricas para medidas de efecto Hall y resistividad [31] Calibración de la presión sobre la muestra en función de la presión hidrólica de la prensa en una celda Bridgman [30] Dependencia de ρ, n y µ con la presión en una muestra de InSe dopada con Sn. Dispositivo de múltiples yunques instalado en una prensa de 250 toneladas en Argonne National Laboratory [74] Esquema de los yunques de WC Dentro de ellos se colocan ocho cubos de pirofilita o MgO de 10 mm de longitud por lado separados por los espaciadores. Cada cubo tiene una esquina truncada triangularmente en una cara; los ocho truncamientos forman una cavidad octaédrica en la cual se comprime el medio transmisor de presión Sección diagonal de la celda de alta presión Esta celda permite realizar simultáneamente medidas eléctricas y difracción de rayos x bajo altas presiones y altas temperaturas Principio Celda de Diamantes Los yunques de diamante se tallan generalmente con 8 o 16 aristas, esta talla aproxima mas a un circulo la forma de culata. Talla Brillante 16 aristas. Talla Drukker Estándar 8 aristas. La culata puede ser plana, o de doble pendiente con ángulos entre 1.5 y 10º. Dimensiones típicas: 700 mm hasta 20 GPa, 400 mm hasta 50 GPa Ley empírica: Pmax= 10/d GPa mm-1 Donde d es el diámetro de la culata, esto es valido para gemas de 60 mg (0.3 carats) y D= 3mm. Para muy altas presiones, en diamantes con doble pendiente esto no es valido y las dimensiones exactas dependen de la presión máxima a alcanzar. Para presiones superiores 1 Mbar , los diamantes se rompen con cierta frecuencia. SENSORES DE PRESION ÓPTICOS RUBI (Al2O3:Cr3+), luminiscencia , doblete R1-R2 λ (R1) = 6942 A0 Γ= 6 A0 Ley lineal calibrada con respecto a la ecuación de estado de Decker para el NaCl, valida hasta 30 GPa ∆λ/∆P = 0.365 A0 Kbar-1 ∆λ/∆P = -0.753 cm-1 Kbar-1 Samario ∆λ0-0 (T> 500)= 1.06x10-4(T-500)+1.5x10-7(T-500)2 Medidas In- Situ de Presión y Temperatura con los dos sensores T=300+137(∆λR1-1.443∆λ0-0) Altas Temperaturas Hornos Resistivos externos hasta 900 K al aire, pueden llegar a 1400 K en atmósfera inerte o al vacío Rubí: 300< T< 600 K ley lineal ∆λR1/∆T= 7.3x10-3 nmK-1 600< T < 1300 K ∆λR1= 2.22+ 7.7x10-3∆T+5.5x10-6∆T2 ∆T=T-600 Calentador Externo Técnicas para realizar medidas de transporte en celdas de diamante (DAC) Arreglo utilizado por Sakai et al. [92] para realizar medidas de resistividad. La resistencia de carbon sirve como termómetro para medidas de bajas temperaturas. (a) vista superior del arreglo de contactos usado por J. González et al [95]. (b) vista de perfil de los diamantes y el gasket. Ángulos θ1 = 11.5°, θ2 = 23°. (1) culet de los diamantes, (2) junta metálica, (3) capa de alumina, (4) surcos para los contactos, (5) muestra Fotografias de muestras Con contactos eléctricos Presurizada vista a través de un diamante Esquema del arreglo experimental usado en [97] Vista esquemática del arreglo experimental usado en [99] (S) muestra, (SP) CaSO4 (W) alambres de Cu (G) Gasket (HP) polvo de Al2O3 (R) Rubíes (D) diamantes (A) Esquema del arreglo experimental usado para las medidas eléctricas en [100] (B) Disposición de electrodos observada a 220 GPa Esquema experimental usado para realizar medidas de poder termoeléctrico en una celda de diamantes Dependencia en temperatura de ρ a diferentes presiones en (La0.6Nd0.4)1.2Sr1.8Mn2O7 Resistividad del FeS en función de la presión Resistividad del GeSe en función de la presión Resistividad (■) y poder termoeléctrico (●) en función de la presión en una muestra de HgTe0.52S0.48 Variación del coeficiente de Hall y de la movilidad con la presión Esquema de la configuración para magnetorresistencia Curvas de magnetorresistencia del CeRu2Ge2 a 100 mK a diferentes presiones Arreglo típico usado para las medidas de poder termoeléctrico Esquema ilustrando la técnica de análisis térmico diferencial Curvas de DTA a distintas presiones en una aleación de TiZr Metalización del ZnSe inducida por la presión Dependencia de la resistencia con la presión a 300 K Dependencia de la resistividad con la temperatura a distintas presiones. (a) valor absoluto. (b) curvas normalizadas con R(T=100 K) (A) Dependencia en presión de la resistividad del CsI a 10 K (□) y a 300 K (●); dentro de la figura se muestra como entre 108 GPa y 117 GPa la característica de la conductividad cambia de semiconductora a metálica (B) Comportamiento típico de la fase semiconductora y de la fase metálica sobre un amplio rango de temperatura Dependencia en presión de la resistividad del B a 300 K En el interior de la figura se puede ver la luz transmitida a 175 GPa a través de una muestra de B de 15 µm (zona más clara) y de la mezcla de BN y epoxy (zona más oscura) colocada en el interior del gasket de Re (zona oscura). Los electrodos de paladio en una configuración de cuasicuatro puntas también se pueden ver. Medidas eléctricas del oxigeno molecular Celda de presión de membrana 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. B Diamond anvil Anvil ring Crabide support plate Lower carbide fixing plate Hemisphere Inner piston Upper anvil retaining plate Outer piston Inner cylinder Outer/inner piston fixing screws Cell body/outer cylinder Top plate Washer Loading bolts, ¼” UNF lh/rh Hemisphere / tilt adjustement screws Celdas de diamante para adaptar en criostatos Diferentes celdas de diamante Celda de diamante acoplada a un crióstato comercial Montaje propuesto para el alto campo Esquema de contactos Celdas de presión de diferentes tamaños Electrical measurements under pressure in Bi up to 6 GPa at 300 K J. Gonzáleza, Ch. Powera, O. Contrerasa, J. M. Brotob aCentro de Estudios de Semiconductores, Facultad de Ciencias, Universidad de los Andes, Mérida 5201, Venezuela bUniversité Toulouse III. LNCMP 143 avenue de Rangueil, 31432, Toulouse CEDEX, France Abstract The semimetal bismuth is an interesting material for electronics because of its highly anisotropic electronic behavior, low conduction-band effective mass and high electron mobility .Under pressure Bi transforms from the ambient-pressure phase with As-type structure to the monoclinic Bi-II phase (Pt=2.53 GPa at 300K), then to the complex Bi-III phase (Pt=2.7 GPa at 300K), and finally to a bcc Bi-V (Pt=7.7 GPa at 300 K). In this work we present preliminary resistivity measurements at 300K up to 6 GPa in the diamond anvil cell. Several ruby chips of less than 0.002mm in diameter were located around the sample and the applied pressure was determined by a standard ruby fluorescence method. From changes of electrical resistance under pressure as indication of phase change we observe de Bi I-II and the Bi II-III phase transitions. Bismuth Bismuth Band Structure Group – V Elements Basic Thermoelectricity Quantum Confinement Produces New Materials Classes Semimetal – Semiconductor Transition The measured optical transmission spectra as a function of wavenumber Resistivity Measurements of Bi in the Diamond Anvil Cell at 300 K Experimental Setup Blibliografía 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. P.W. Bridgman, Phys. Rev. 48, 893 (1935). A. Jayaraman and R.G. Maines, Natl. Bur. Stand. (U.S.) Spec. Publ. 326, 5 (1971). G. Fasol and J. S. Schilling, Rev. Sci. Instrum. 41, 1722 (1978). J.M. Besson, G. Hamel, P. Grima, R. J. Nelmes, J. Loveday, S. Hull, and D. Häusermann, High Pres. Res. 8, 625 (1992). N. Kawai and S. Endo, Rev. Sci. Instrum. 41, 1178 (1970). N. Kawai, M. Togaya, and A. Onodera, Proc. Jpn. Acad. 49, 623 (1973). H.K. Mao and P.M. Bell, Carnegie Institution of Washington Year Book 75, 824 (1976). S. Block, R. A. Forman, and G.J. 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