Vývoj krystalové struktury materiálů (Er,Lu)2(Ti,Zr)2O7
| Název práce v češtině: | Vývoj krystalové struktury materiálů (Er,Lu)2(Ti,Zr)2O7 |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Development of crystal structure of (Er,Lu)2(Ti,Zr)2O7 materials |
| Klíčová slova: | krystalová struktura|pyrochlory|příprava monokrystalů|metoda plovoucí horké zóny|Czochralského metoda |
| Klíčová slova anglicky: | crystal structure|pyrochlore|single crystal synthesis|floating hot zone method|Czochralski method |
| Akademický rok vypsání: | 2022/2023 |
| Typ práce: | bakalářská práce |
| Jazyk práce: | čeština |
| Ústav: | Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL) |
| Vedoucí / školitel: | doc. RNDr. Milan Klicpera, Ph.D. |
| Řešitel: | skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd. |
| Datum přihlášení: | 23.09.2022 |
| Datum zadání: | 23.09.2022 |
| Datum potvrzení stud. oddělením: | 17.10.2022 |
| Datum a čas obhajoby: | 21.06.2023 09:00 |
| Datum odevzdání elektronické podoby: | 06.05.2023 |
| Datum odevzdání tištěné podoby: | 06.05.2023 |
| Datum proběhlé obhajoby: | 21.06.2023 |
| Oponenti: | RNDr. Jiří Kaštil, Ph.D. |
| Zásady pro vypracování |
| 1. Studium odborné literatury související s tématem práce.
2. Příprava ingotů ze sérií A2Zr2O7 pomocí metody plovoucí horké zóny. 3. Strukturní a chemická charakterizace připravených oxidů. 4. Měření a analýza objemových vlastností vybraných sloučenin. 5. Sumarizace výsledků a diskuze obecnejších souvislostí se studovanou literaturou. |
| Seznam odborné literatury |
| Články v odborných časopisech.
Mezi jinými: [1] J. Rehn, R. Moessner, Philos. Trans. R. Soc. A Math. Phys. Eng. Sci. 374 (2016). [2] P.E.R. Blanchard, et al., Inorg. Chem. 23 (2012). [3] A.A. Yastrebtsev, et al. J,. Alloys Compd. 832 (2020). [4] J. Shamblin, et al., Nat. Mater. 15 (2016). |
| Předběžná náplň práce |
| Vzácnozeminné oxidy s obecným vzorcem A2B2O7, kde A je vzácnozeminný iont a B d- nebo p-kov, jsou intenzívně studovány pro jejich často exotické elektronové vlastnosti. Tyto materiály mohou sloužit pro výrobu palivových článků (tzv. solid oxide fuel cells) díky své vysoké iontové vodivosti, stejně jako pro tvorbu tepelných bariér (thermal barrier coatings), uskladnění jaderného odpadu, a díky svým nízkoteplotním vlastnostem mohou předznamenat novou generaci spintronických zařízení. Značné úsilí bylo věnováno nalezení materiálů s vylepšenými termomechanickými vlastnostmi a vyšší iontovou vodivostí, přičemž tyto vlastnosti jsou těsně spjaty s jejich krystalovou strukturou.
Většina A2B2O7 sloučenin krystalizuje v kubické struktuře pyrochlorového (prostorová grupa F d -3 m, 227) nebo defekt-fluoritového typu (prostorová grupa F m -3 m, 225). Nicméně, v nedávné době byly pozorovány krátko-dosahové (romboedrické) strukturní korelace v těžko-vzácnozeminných A2Zr2O7. Dosud byl vývoj struktury mezi pyrochlorovou, defekt-fluoritní a romboedrickou strukturou studován pouze omezeně a to v závislosti na kationtu A. Pro studium (jemných) rozdílů mezi strukturami je vhodné využít techniky neutronového rozptylu, zejména pokud jde o kyslíkové anionty pro rentgenový rozptyl málo viditelné. Naneštěstí některé vzácné zeminy neutrony silně absorbují. Zejména gadolinium, přičemž ale Gd2Zr2O7 představuje velmi podstatný mezičlánek mezi částmi A2Zr2O7 série krystalizující v jednotlivých stukturách. Proto se uchylujeme ke studiu oxidů ze sérií Er2Ti2-xZrxO7 a Lu2Ti2-xZrxO7, kde izoelektronová substituce Ti-Zr vede ke změně krystalové struktury stejně/podobně jako v rámci A2Zr2O7 série. |
| Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
| The rare-earth oxides of the general formula A2B2O7, with A being a rare-earth ion and B standing for a d- or p-metal, have been extensively studied for their frequently exotic electronic properties. They are expected to serve for solid oxide fuel cells due to their high ionic conductivity, as well as thermal barrier coatings, nuclear waste storage, and due their low-temperature properties are believed to pave a way towards a design of next-generation spintronic devices. Significant effort has been dedicated to finding materials with improved thermomechanical properties and higher ionic conductivity, both tightly related to their crystal structure.
The majority of the A2B2O7 family crystallize in a cubic structure of pyrochlore-type (space-group F d -3 m, 227) or defect-fluorite-type (space group F m -3 m, 225). However, short-range (rhombohedral) structural correlations have been observed recently in heavy rare-earth A2Zr2O7. So far, few studies followed the structural evolution among pyrochlore, defect-fluorite, and rhombohedral structures depending on A cation. Neutron scattering techniques are required for study of fine details of crystal structure of these materials, namely oxygen anions are hardly observable using X-ray scattering methods. Unfortunately, some rare-earth elements are strong neutron absorbers. Especially A = Gd member, which is, however, extremely important standing on the border between the structure types. Therefore, we opt to study the Er2Ti2-xZrxO7 and Lu2Ti2-xZrxO7 series’, where the isoelectronic Ti-Zr substitution leads to the change of crystal structure in a similar/same manner as within the A2Zr2O7 series. |