Medidas de transporte y magnetismo bajo altas presiones

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
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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
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Dicha calibración es provista por el fabricante. Un valor típico es 0.27 % por kilobar. Uno de los
fabricantes de sensores de manganina es: Vishay Measurements Group
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La pirofilita primero fluye plásticamente hasta llegar a un límite en el que deja de deformarse por
haber adquirido un módulo de deformación plástica muy grande. La resistividad eléctrica de la
pirofilita es ~ 10 KW cm y su conductividad térmica es ~ 9.5 10-3 cal/cm s K.
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