Medidas de transporte y magnetismo bajo

altas presionesProf. Jesús González

jesusg@ula.veCENTRO 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 InSedopada 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 oMgO 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 ydifracción de rayos x bajo altas presiones y altas temperaturas

Principio Celda de DiamantesLos 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 aalcanzar.

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

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

Hornos Resistivos externos hasta 900 K al aire, pueden llegar a 1400 K en atmósfera inerte o al vacío

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 dealumina, (4) surcos para los contactos, (5) muestra

Fotografias de muestras

Presurizada vista a través de un diamante

Con contactos eléctricos

Esquema del arreglo experimentalusado 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 220GPa

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 FeSen función de la

presión

Resistividad del GeSeen 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 CeRu2Ge2a 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 deTiZr

Metalización del ZnSe inducida por la presión

Dependencia de la resistividad con la temperatura a distintas presiones. (a) valor absoluto. (b) curvas normalizadas con R(T=100 K)

Dependencia de la resistencia con la presión a 300 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 108GPa 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 delgasket de Re (zona oscura). Los electrodos de paladio en una configuración de cuasi-cuatro puntas también se pueden ver.

Medidas eléctricas del oxigeno molecular

Celda de presión de membrana

1. Diamond anvil2. Anvil ring3. Crabide support plate4. Lower carbide fixing plate5. Hemisphere6. Inner piston7. Upper anvil retaining

plate8. Outer piston9. Inner cylinder10. Outer/inner piston fixing

screws11. Cell body/outer cylinder12. Top plate13. Washer14. Loading bolts, ¼” UNF

lh/rhB 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

AbstractThe semimetal bismuth is an interesting material for electronicsbecause 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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la resistividad del sensor de manganina depende del fabricante y del tipo de sensor utilizado. 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[www.vishay.com/brands/measurements_group/guide/500/lists/mg_list.htm].

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haber adquirido un módulo de deformación plástica muy grande. La resistividad eléctrica de lapirofilita es ~ 10 KW cm y su conductividad térmica es ~ 9.5 10-3 cal/cm s K.

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