Naslov
Transport naboja i topline kompleksnih metalnih spojeva Al73Mn27(Pd, Fe)x
(Charge transport and heat of complex metal compounds Al73Mn27(Pd, Fe)x)

Autori
Stanić, Denis

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Prirodoslovno-matematički fakultet

Mjesto
Zagreb

Datum
19.03

Godina
2009

Stranica
115

Mentor
Smontara, Ana

Ključne riječi
kompleksni metalni spojevi ; transportna svojstva ; T-faze ; Al3Mn(Pd ; Fe)
(complex metallic alloys ; transport properties ; T-phases ; Al3Mn(Pd ; Fe))

Sažetak
Napravljeno je istraživanje električnih, termoelektričnih i toplinskih svojstva, te Hallovog efekta kompleksni metalnih slitina (T, d)-Al73Mn27-x(Fe, Pd)x (x=0, 2, 4, 6) s velikom jediničnom ćelijom. Uzorci su dobiveni su metodom levitacijskog indukcijskog taljena u atmosferi argona, i pokazalo se da su koncentracijski homogenog sastava, bez primjesa drugih faza. Električna otpornost  (T) za sve uzorke snižavanjem temperature raste i pokazuje promjenu 25-60 % na mjerenom temperaturnom intervalu između 300 K i 1.5 K. Vrijednosti otpornosti reda veličine od 1000 μ Ω cm su dva ili tri reda veličine veće nego kod jednostavnih metala i legura, te po prilici jedan red veličine manje nego kod kvazikristala. Termostruja S(T) je na sobnoj temperaturi reda veličine 1-10 μ V/K ovisno o sastavu materijala. Tako mala apsolutna vrijednost ukazuje na nisku koncentraciju nositelja naboja. Temperaturno ponašanje električne vodljivosti, termostruje i elektronskog doprinosa toplinskoj vodljivosti uzoraka analizirano je u okviru modela spektralne vodljivosti. Dobivena funkcija spektralne vodljivosti σ (E) ukazuje na postojanje pseudoprocjepa na Fermijevom nivou, a porastom udjela Fe/Pd atoma raste i gustoća stanja na EF. Mala asimetrija oko EF znači da je mala asimetrija između elektrona i šupljina što za posljedicu daje mali iznos termostruje. Toplinska vodljivost uzoraka (T, d)-Al73Mn27-x(Fe, Pd)x (x=0, 2, 4, 6) je mala, usporediva po iznosu s ikozaedarskom kvazikristalnom fazom istog materijala. Čini se da mala gustoća elektronskih stanja na EF i mala gustoću fonona imaju za posljedicu slabi transport topline. Elektronski doprinos vođenju topline κ e određen je u modelu spektralne vodljivosti, a doprinos vođenja rešetke κ l može se reproducirati sumom dva člana: Debyevim članom κ D i članom koji opisuje vođenje topline pobuđenjem lokaliziranih titranja (hopping)– κ H. Analize pokazuju da je hopping član dominantan za temperature iznad 100 K, dok Debyev član dominira u niskotemperaturnom dijelu s promjenjivim nagibom u κ D na oko 40 K. Na najnižim temperaturama na kojima je napravljeno mjerenje (oko 2 K) strukturni defekti u slaganju ograničavaju transport topline na način da postaju dominantni centri raspršenja fonona u okviru Debyeva člana, dok na visokim temperaturama imamo isto ograničenje radi umklapp procesa raspršenja. Nađeno je da su vrijednosti doprinosa same rešetke u procesu vođenja topline na sobnoj temperaturi veće ili usporedive od doprinosa elektrona, što predmetne materijale razlikuje od jednostavnih metala i na aluminiju zasnovanih slitina. Mjerenja Hallovog efekta pokazuju da donja granica normalnog Hallovog koeficijenta u (T, d)-Al73Mn27-x(Fe, Pd)x (x=0, 2, 4, 6) slitinama, određena iz ovisnosti Hallovog koeficijenta RH o paramagnetskoj susceptibilnosti χ iznosi ­2×10-10 m3C-1. Toj vrijednosti R0 odgovara visoka metalna gustoća vodljivih elektrona reda 1023 cm-3. Kada se uzme u obzir moguća ovisnost RS o temperaturi, koja se javlja zbog ovisnosti električne otpornosti o temperaturi, vrijednosti za R0 (određene iz RH vs. χ • ρ 2 grafičkih prikaza) su oko nule. Ovo znači da se doprinosi elektronskih i šupljinskih područja Fermijeve plohe međusobno poništavaju, na što ukazuju i rezultati za termostruju. Ni za jedan ni za drugi postupak odijeljivanja koeficijenata R0 i RS nije otkrivena značajna ovisnost R0 o sastavu slitine. Anomalni Hallov koeficijent ovih slitina jako je velik, zbog velike otpornosti, i reda veličine 10-7 m3C-1. Međutim, dok otpornost ovih slitina jako ovisi o sastavu, anomalni Hallov koeficijent ne ovisi. To upućuje na to da se, uslijed legiranja, istovremeno zbivaju brojne promjene elektronskih svojstava (efektivna masa, vrijeme raspršenja, itd.). Porast otpornosti sa smanjenjem koncentracije Fe i Pd primjesa i istovremeni pad omjera RS/ρ 2 najvjerojatnije su posljedice smanjenja gustoće elektronskih stanja na Fermijevom nivou do kojeg, što je karakteristično za kompleksne metalne slitine, dolazi sa porastom uređenja kristalne rešetke. Na kraju sumiramo, porastom udjela Fe/Pd atoma električna vodljivost se povećava za red veličine, a toplinska vodljivost svih uzoraka pokazuje kvalitativno isto ponašanje, karakteristično za kompleksne metalne slitine: mali iznos vodljivosti, promjenu nagiba na oko 50 K i porast iznad 100 K, dok d-Al73Mn21Fe6 koji ima karakteristično ponašanje za dekagonalne kvazikristale. Hallov efekt u istraživanom temperaturnom području ne pokazuje ovisnost o koncentraciji za razliku od termostruje. Za potpuniju sliku utjecaja koncentracije Fe, Pd na transportna svojstva nužna su mjerenja na monokristali te mjerenja Hallovog efekta na nižim temperaturama.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Fizika

Napomena
This work was supported by the 6th Framework EU Network of Excellence 'Complex Metallic Alloys' (Contract No. NMP3-CT-2005-500140)

POVEZANOST RADA