3.2 Diagramas de Fase
3.2.3 Extens˜ ao para Outros Compostos
E c ( K ) g (a)
Figura 3.6: Parˆametros envolvidos nos ajustes dos dados da Figura 3.4 para a amostra de LaO1 – xFxBiS2 e sua dependˆencia com a dopagem. Em (a) ´e indicado o valor de g e em (b) Ec em K. Observamos um leve aumento de g e uma diminui¸c˜ao dr´astica de Ec. Os pontos referente a dopagem de x = 0.7 foram retirados por divergirem muito dos valores de outras dopagens.
3.2.3 Extens˜ao para Outros Compostos
As propriedades do estado normal e supercondutor dos outros membros dos Calcoge-netos de Bismuto podem ser colocadas em diagramas de fase similares aos das Figuras 3.2 e 3.5. De fato, de acordo com o comportamento identificados para cada amostra, podemos localizar a amostra em um dos regimes granulares (isolante ou met´alico) no diagrama de fase da Figura 2.3 ou identific´a-la como um semicondutor dopado.
tado normal com supercondutividade residual para um supercondutor com estado normal met´alico.
Assim conseguimos entender as propriedades de cada amostra nos sistemas baseados em Bismuto. Para a faixa x >> xc , i.e. g >> gc, o material se comporta como um metal desordenado com resistividade um pouco acima da de um bom metal e uma supercondu-tividade com temperatura cr´ıtica igual `a de um metal homogeamente desordenado. J´a para valores mais pr´oximos de gc temos os eventos G1 (Equa¸c˜ao 2.9) e G2 (Equa¸c˜ao 2.10) com uma supercondutividade podendo apresentar uma faixa de temperatura em que h´a forma¸c˜ao de supercondutividade sem coerˆencia de fase. Se xM IT < x < xc, i.e. g < gc, teremos um sistema isolante granular com Arrhenius para altas temperaturas (Equa¸c˜ao 2.14) e um comportamento tipo Efros-Shklovskii (Equa¸c˜ao 2.12) para baixas temperatu-ras. Dependendo da raz˜ao entre a intera¸c˜ao coulombiana e a supercondutora Ec
∆ podemos ter a forma¸c˜ao de um estado supercondutor abaixo da temperatura Tzero
Cap´ıtulo 4
Confirma¸c˜ao Experimental de
Granularidade em Monocristais de
LaO
1 – x
F
x
BiS
2
A fim de confirmar a influˆencia da granularidade nas propriedades normais e super-condutoras na fam´ılia dos baseados em bismuto, estudamos, via magnetoresistividade, as propriedades normais e supercondutoras de monocristais de LaO1 – xFxBiS2. A escolha de fazer a medida em monocristais foi motivada pela necessidade de separar as influˆencias da granularidade com as da policristalinidade. Por outro lado, a escolha de LaO1 – xFxBiS2 ´e motivada pela facilidade de crescer monocristais de alta qualidade desses compostos. Re-alizamos medidas de resistividade para amostras monocristalinas de LaO1 – xFxBiS2 com x = 0.23, 0.43 e 0.46. Analisamos os dados de resistividade em duas faixas de tempe-ratura: a faixa de temperatura do estado normal e a faixa de temperatura do estado supercondutor. Em ambos os casos, a varia¸c˜ao de x induz uma mudan¸ca na condutˆancia g, o que por sua vez modifica as propriedades normais e supercondutoras.
Neste Cap´ıtulo, primeiro (Se¸c˜ao 4.1) daremos um resumo sobre as t´ecnicas experi-mentais utilizadas para sintetizar, fazer caracteriza¸c˜ao (estrutural e elementar) e medir a magnetoresistividade dessas amostras. Posteriormente (Se¸c˜ao 4.2) mostraremos nossos dados de magnetoresistividade e a an´alise deles, seja no estado normal (Subse¸c˜ao 4.2.1) quanto no supercondutor (Subse¸c˜ao 4.2.2). Finalmente (Subse¸c˜ao 4.2.3) comentaremos
4.1 T´ecnicas Experimentais
A fim de eliminar os efeitos da policristalinadade, monocristais de calcogenetos de bismutos foram sintetizados principalmente da classe ROBiX2 (R=La,Nd,Pr,X=S,Se) [41–47, 104]. A t´ecnica utilizada foi a de fluxo, aonde a amostra ´e misturada com um solvente em um tubo de quartzo evacuada, com a posterior precipita¸c˜ao e extra¸c˜ao dos monocristais. Nossas amostras foram sintetizadas e caracterizadas por Masanori Nagao na Universidade de Yamanashi e descreveremos os processos da fabrica¸c˜ao de monocristais de RO1 – xFxBiS2 de acordo com Ref. [105].
Para essas amostras foi utilizado um fluxo que ´e uma mistura de CsCl e KCl (na propor¸c˜ao 5:3) j´a que ele tem pouca reatividade com tubos de quartzo em temperaturas mais altas. Foram utilizados compostos de RS3, Bi, Bi2S3, Bi2O3, BiF3 em propor¸c˜oes estequiom´etricas afim de atingir a concentra¸c˜ao nominal de RO1 – xFxBiS2 desejada. A mistura de amostra (0.8 g) e fluxo (5 g) ´e ent˜ao selada em um tubo de quartzo evacuada (P ∼10 Pa). Essas amostras ent˜ao s˜ao aquecidas a 800◦C por 10 h, resfriado at´e 600◦C a uma taxa de 1◦C h−1 e arrefecida at´e temperatura ambiente. Posteriormente o tubo ´e aberto e ´agua destilada ´e utilizada para dissolver o solvente.
Ent˜ao ´e utilizada Difra¸c˜ao de Raio-X para monocristais para determinar as proprie-dades estruturais do material. ´E obtida a simetria tetragonal P 4/nmm com picos bem definidos (apesar de algumas amostras apresentarem picos de impureza relacionados com BiS2), mostrando uma menor presen¸ca de desordem em compara¸c˜ao com os policristais. A partir dessas medidas os parˆametros de rede foram determinados para cada amostra.
J´a a t´ecnica de Electron Probe Mycroanalysis foi utilizada para determinar a concen-tra¸c˜ao efetiva de cada elemento. Com isso foi verificada uma discrepˆancia entre os valores nominais xnom (propor¸c˜ao utilizada na s´ıntese) com os valores efetivos xef f (incorporados
na amostra) da concentra¸c˜ao de fl´uor para todos os monocristais.
Nossas amostras foram sintetizadas e caracterizadas usando os procedimentos descritos acima. As concentra¸c˜oes utilizadas, as concentra¸c˜oes incorporadas e os parˆametros de rede c se encontram na Tabela 4.1. Como n˜ao foram obtidas amostras com concentra¸c˜ao superior a xef f = 0.46, essa deve ser a concentra¸c˜ao limite de solubidade xsol para esses materiais. A partir de agora vamos nos referir `as amostras por sua concentra¸c˜ao efetiva. Tabela 4.1: Tabela com as concentra¸c˜oes nominais e efetivas de fl´uor, al´em do parˆametro de rede c para as quatro amostras utilizadas por n´os. Os dados contidos nessa Tabela foi retirado da Tabela 1 da Ref. [105].
xnom xef f c(˚A) 0.3 0.23 13.57 0.5 0.43 13.42 0.9 0.46 13.39
Com essas amostras realizamos medidas de resistividade el´etrica DC. A configura¸c˜ao dessa medida ´e uma t´ecnica padr˜ao nas medidas de resistividade, que ´e a configura¸c˜ao de quatro pontos, ilustrada na Figura 4.1. Essa t´ecnica consistente em utilizar dois contatos (denominados I+ e I− na Figura 4.1) para aplicar corrente vinda de uma fonte est´avel na amostra e medir em outros dois contatos (V+ e V− na Figura 4.1) a diferen¸ca de voltagem gerada. As vantagens dessa t´ecnica s˜ao sua precis˜ao e estabilidade (em compara¸c˜ao com a de dois pontos) e poder ser usada em diferentes geometrias de contato. Vamos utilizar uma configura¸c˜ao em linha. Para fazer o contato nas amostras, utilizamos fios de ouro de 17µm de espessura e tinta de prata para fixar o contato entre a amostra e os fios.
Para eliminar ru´ıdos, medimos a diferen¸ca de potencial para correntes positivas e negativas: R = V+−V−−(V−−V+)
2I . Da resistˆencia podemos achar a resistividade medindo a distˆancia L entre os contatos de voltagem e a ´area da se¸c˜ao reta do material. Para uma amostra com se¸c˜ao retangular como da Figura 4.1, ρ = RhaL. Para nossas amostras, pelo seu tamanho (alguns d´ecimos de mm) e irregularidade n˜ao conseguimos medir com precis˜ao sua resistividade, usando assim a resistˆencia.
Figura 4.1: Diagrama da configura¸c˜ao de quatro pontos para medir resistividade. Em (a) est˜ao ilustrados os contatos de voltagem e corrente, al´em das dimens˜oes usadas na resistividade que est˜ao no plano horizontal da amostra. Em (b) est´a ilustrada a espessura da amostra. O paralelep´ıpedo maior ´e uma ilustra¸c˜ao do porta amostras. Essa Figura foi retirada da Ref. [106].
equipamentos nas medidas dessa amostra: um PPMS da empresa Quantum Design e um criostato Janis, que apresentam resultados compat´ıveis. Primeiramente fizemos medidas abaixando a temperatura com h´elio l´ıquido at´e 1.8 K. Ent˜ao, utilizamos um aquecedor para obter medidas com intervalo controlado de temperatura (com os pontos em interse¸c˜ao mostrando nenhuma histerese com temperatura). Em baixas temperaturas conseguimos fazer medida de magnetoresistividade com campo transverso utilizando um magneto su-percondutor. No criostato Janis conseguimos chegar a campos de 8 T, enquanto que no PPMS chegamos em 5 T. Com essas t´ecnicas, conseguimos fazer medidas de resistividade para o estado normal e supercondutor que apresentaremos e discutimos na pr´oxima Se¸c˜ao.