THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung

• Tên đề tài: Chế tạo và nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của vật liệu đa pha điện – từ Bi_1-xRe_xFe_1-yM_yO₃ (Re = La, Sm, …; M = Ni, Mn, Co, …)
• Mã số: B2019-TNA-03.VL
• Chủ nhiệm đề tài: TS. Phạm Trường Thọ
• Tổ chức chủ trì: Đại học Thái Nguyên
• Thời gian thực hiện: 01/2019 - 12/2020

2. Mục tiêu

Chế tạo được hệ vật liệu BiFeO₃ bằng cách pha tạp các nguyên tố đất hiếm và kim loại chuyển tiếp. Vật liệu sau khi chế tạo được nghiên cứu các tính chất như cấu trúc tinh thể, phổ dao động Raman, tính chất sắt từ và sắt điện.

3. Tính mới, tính sáng tạo

Kết quả của đề tài đăng trên các tạp chí khoa học quốc tế thuộc danh mục SCI-Q1 thể hiện tính mới và sáng tạo của đề tài.

4. Kết quả nghiên cứu

Đã chế tạo thành công hệ vật liệu BiFeO₃ bằng cách pha tạp các nguyên tố đất hiếm và kim loại chuyển tiếp. Hệ vật liệu trên được chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn với điều kiện chế tạo phù hợp với trang thiết bị hiện có tại phòng thí nghiệm Vật lý– Đại học Thái Nguyên. Các hệ vật liệu gồm có:

i) Bi₈₈Sm_0.12Fe_1-xMn_xO₃ (0.02 ≤ x ≤ 0.1)

ii) Bi₉Sm_0.1Fe_1-xCr_xO₃ (0.02 ≤ x ≤ 0.1)

iii) Bi_0.84La_0.16Fe_1-xCo_xO₃ (0.02 ≤ x ≤ 0.1)

iv) Bi₈₆Nd_0.14Fe_1-xCr_xO₃ (0.02 ≤ x ≤ 0.1)

v) Bi₉Sm_0.1Fe_1-xMn_xO₃ (0.02 ≤ x ≤ 0.1)

vi) Bi₈₄La_0.16Fe_1-xTi_xO₃ (0.02 ≤ x ≤ 0.1)

Các hệ vật liệu trên sau khi chế tạo được nghiên cứu cấu trúc thông qua phương pháp nhiễu xạ tia X và tán xạ Raman tại nhiệt độ phòng. Hình thái bề mặt được nghiên cứu thông qua phương pháp SEM. Tính chất sắt điện và sắt từ được nghiên cứu bằng hệ từ kế mẫu rung VSM.

5. Sản phẩm

5.1. Sản phẩm khoa học

1. N. T. Hien, N. D. Vinh, N. V. Dang, T. T. Trang, H. T. Van, T. T. Thao, L. T. Hue, and P. T. Tho (2020), “Structural transition and magnetic properties of Mn doped Bi_0.88Sm_0.12FeO₃ ceramics” (Chuyển pha cấu trúc và tính chất từ của vật liệu gốm Mn pha tạp Bi_0.88Sm_0.12FeO₃ ), RSC Adv, 10, pp. 11957–11965.
2. P.T. Phong, N.H. Thoan, N.T.M. Hong, N.V. Hao, L.T. Ha, T.N. Bach, T.D. Thanh, C.T.A. Xuan, N.V. Quang, N.V. Dang, T.A. Ho, P.T. Tho (2020), “Structural transition, electrical and magnetic properties of Cr doped Bi_0.9Sm_0.1FeO₃ multiferroics” (Chuyển pha cấu trúc, tính chất điện và từ của vật liệu đa pha điện từ Cr pha tạp Bi_0.9Sm_0.1FeO₃), J. Alloys Compd, 813, pp. 152245.
3. T.H. Le, N.V. Hao, N.H. Thoan, N.T.M. Hong, P.V. Hai, N.V. Thang, P.D. Thang, L.V. Nam, P.T. Tho (2019) , N.V. Dang, X.C. Nguyen, “Origin of enhanced magnetization in (La,Co) codoped BiFeO₃ at the morphotropic phase boundary” ( Nguồn gốc của sự tăng cường từ tính tại vùng biên pha của hệ (La,Co) pha tạp BiFeO₃), Ceram. Int, 45, pp. 18480–18486.
4. P.T. Phong, U. Salazar-Kuri, H.T. Van, N.V. Khien, N.V. Dang, P.T. Tho (2020), “Influence of isothermal structural transition on the magnetic properties of Cr doped Bi_0.86Nd_0.14FeO₃ multiferroics” (Ảnh hưởng chuyển pha cấu trúc đẳng nhiệt lên tính chất từ của vật liệu đa pha điện từ Cr pha tạp Bi_0.86Nd_0.14FeO₃), J. Alloys Compd, 823, pp. 153887.
5. H. Nguyen Van, H. Pham Van, T. Truong Thi, H. Nguyen Thi Minh, T. Pham Truong (2020), “EFFECT OF Sm AND Mn CO-DOPING ON THE CRYSTAL STRUCTURE AND MAGNETIC PROPERTIES OF BiFeO₃ POLYCRYSTALLINE CERAMICS” (Ảnh hưởng của đồng pha tạp Sm và Mn lên cấu trúc và tính chất từ của vật liệu gốm đa tinh thể BiFeO₃), Commun. Phys, 30, pp. 257–266.
6. Chu Thị Anh Xuân, Lê Tiến Hà, Lô Thị Huế, Nguyễn Văn Khiển, Nguyễn Thị Khánh Vân, Nguyễn Văn Đăng, Phạm Trường Thọ (2020), “CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU BiFeO3 ĐỒNG PHA TẠP (Sm, Co)”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Thái Nguyên, 225(09), pp. 112 – 117.

5.2. Sản phẩm đào tạo

a) Đào tạo thạc sĩ:

1. Nông Minh Tuyển (2020), Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang-từ của họ vật liệu nền BiFeO₃ tại vùng biên pha cấu trúc, Luận văn Thạc Sỹ, Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên.
2. Lê Quang Huy (2020), Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang các hạt nano bán dẫn A^IIB^VI trên cơ sở các nguyên tố Cd, Zn, S, và Se trong môi trường nước, Luận văn Thạc Sỹ, Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên.

b) Hỗ trợ đào tạo tiến sĩ: Nguyễn Thị Khánh Vân (theo quyết định 778/QĐ-CTSV ngày 21/08/2017- Trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội) tham gia hoạt động nghiên cứu khoa học, tham gia hội nghị hội thảo khoa học, và hỗ trợ kinh phí nghiên cứu trong 2 năm.

6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích đem lại của kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu và các bài báo công bố trên tạp trí khoa học hàng đầu thế giới (SCI-Q1) cho thấy đề tài đã thành công trong nghiên cứu. Các bài báo khoa học sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà nghiên cứu, học viên, và sinh viên các trường đại học trong và ngoài nước. Sự thành công của chủ nhiệm đề tài khi thực hiện đề tài trên khẳng định vị thế trong nghiên cứu khoa học tại các trường Đại học Việt Nam so với các trường Đại học lớn trên thế giới. Đề tài cho thấy hiệu quả của đề án đầu tư và phát triển giảng dạy phải song song với nghiên cứu của Bộ Giáo dục và Đạo tạo trong việc phát triển các trường Đại học Việt Nam.

Thành công của đề tài không chỉ đạo tạo và hỗ trợ đào tạo hệ sau đại học mà còn là tiền đề để phát triển nghiên cứu tại Đại học Khoa học Thái Nguyên. Chủ nhiệm đề tài sẽ tiếp tục phát triển nghiên cứu, hợp tác với các nhóm nghiên cứu trong và ngoài nước để nâng tầm vị thế của Đại học Thái Nguyên. Các kết quả nghiên cứu của đề tài là tiền đề để các doanh nghiệp hoàn thiện công nghệ và kỹ thuật trong lĩnh vực điện tử để đưa ra các sản phẩm đáp ứng với nhu cầu của xã hội.

Kết quả nghiên cứu và các bài báo nghiên cứu công bố trên các tạp chí khoa học hàng đầu thế giới sẽ là tài liệu phục vụ công cuộc đào tạo và nghiên cứu cho sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh và cán bộ của tại các trường Đại học tại Việt Nam.

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information

• Project title: Synthesis and investigation on structural, ferroelectric, and magnetic properties of Bi_1-xRe_xFe_1-yM_yO₃ (Re = La, Sm, …; M = Ni, Mn, Co, …) multiferroic material/.
• Code number: B2019-TNA-03.VL
• Coordinator: Dr. Pham Truong Tho
• Implementing institution: Thai Nguyen University
• Duration: 01/2019 - 12/2020

2. Objective

BiFeO₃-based material is synthesized by substitution of rare-earth elements and transition metals. The crystal structure, Raman scattering spectra, ferroelectric, and magnetic properties are investigated.

3. Creativeness and innovativeness

The results of project have been published in the SCI-Q1 journal approving that the project shows a creativeness and innovativeness in research field.

4. Research results

BiFeO₃-based materials have been successfully synthesized by doping the rare-earth element and transition metal. The materials were synthesized by solid state reaction method, which is suitable with Laboratory condition at Thai Nguyen University. There are total 5 series of sample including:

i) Bi₈₈Sm_0.12Fe_1-xMn_xO₃ (0.02 ≤ x ≤ 0.1)

ii) Bi₉Sm_0.1Fe_1-xCr_xO₃ (0.02 ≤ x ≤ 0.1)

iii) Bi_0.84La_0.16Fe_1-xCo_xO₃ (0.02 ≤ x ≤ 0.1)

iv) Bi₈₆Nd_0.14Fe_1-xCr_xO₃ (0.02 ≤ x ≤ 0.1)

v) Bi₉Sm_0.1Fe_1-xMn_xO₃ (0.02 ≤ x ≤ 0.1)

vi) Bi₈₄La_0.16Fe_1-xTi_xO₃ (0.02 ≤ x ≤ 0.1)

All the series samples have been studied for the crystal structure (X-ray diffraction, Raman scattering spectra), morphology (SEM), ferroelectric and magnetic properties (VSM).

5. Products

5.1. Scientific papers

1. N. T. Hien, N. D. Vinh, N. V. Dang, T. T. Trang, H. T. Van, T. T. Thao, L. T. Hue, and P. T. Tho (2020), “Structural transition and magnetic properties of Mn doped Bi_0.88Sm_0.12FeO₃ ceramics”, RSC Adv., 10, pp. 11957–11965.
2. P.T. Phong, N.H. Thoan, N.T.M. Hong, N.V. Hao, L.T. Ha, T.N. Bach, T.D. Thanh, C.T.A. Xuan, N.V. Quang, N.V. Dang, T.A. Ho, P.T. Tho (2020), “Structural transition, electrical and magnetic properties of Cr doped Bi_0.9Sm_0.1FeO₃ multiferroics”, J. Alloys Compd., 813, pp. 152245.
3. T.H. Le, N.V. Hao, N.H. Thoan, N.T.M. Hong, P.V. Hai, N.V. Thang, P.D. Thang, L.V. Nam, P.T. Tho (2019) , N.V. Dang, X.C. Nguyen, “Origin of enhanced magnetization in (La,Co) codoped BiFeO₃ at the morphotropic phase boundary”, Ceram. Int., 45, pp. 18480–18486.
4. P.T. Phong, U. Salazar-Kuri, H.T. Van, N.V. Khien, N.V. Dang, P.T. Tho (2020), “Influence of isothermal structural transition on the magnetic properties of Cr doped Bi_0.86Nd_0.14FeO₃ multiferroics”, J. Alloys Compd., 823, pp. 153887.
5. H. Nguyen Van, H. Pham Van, T. Truong Thi, H. Nguyen Thi Minh, T. Pham Truong (2020), “EFFECT OF Sm AND Mn CO-DOPING ON THE CRYSTAL STRUCTURE AND MAGNETIC PROPERTIES OF BiFeO₃ POLYCRYSTALLINE CERAMICS”, Commun. Phys., 30, pp. 257–266.
6. Chu Thị Anh Xuân, Lê Tiến Hà, Lô Thị Huế, Nguyễn Văn Khiển, Nguyễn Thị Khánh Vân, Nguyễn Văn Đăng, Phạm Trường Thọ (2020), “CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU BiFeO3 ĐỒNG PHA TẠP (Sm, Co)”, TNU Journal of Science and Technology, 225(09), pp. 112 – 117.

5.2. Education

a) Master training:

1. Nong Minh Tuyen (2020), synthesis and investigation of the optical and magnetic properties of BiFe₃-based materials at the morphotropic phase boundary, Master’s degree, Thai Nguyen University-University of Sciences.
2. Le Quang Huy (2020), Synthesis and investigation the optical properties of nano-semiconductor A^IIB^VI based Cd, Zn, S, and Se in water environment, Master’s degree, Thai Nguyen University-University of Sciences.

b) Supported training for Phd student: Nguyen Thi Khanh Van (778/QĐ-CTSV, 21/08/2017- VNU-University of Engineering and Technology) joins the research activity in our group, supported money for two years.

6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results

The research results and publishing paper in SCI-Q1 journal approve the success of project in research activity. The published paper will be a document for researcher, and student in university.

The results from project confirm the efficiency of investment of Ministry of Education for developing research program in Universities in Viet Nam. Especially, the project is helpful for lecturer, researcher in Thai Nguyen university. The principle investor of this project will continuously build the research group in Thai Nguyen university and extends collaboration with other research groups in worldwide.

The results of project provide the opportunity for electronic company developing a new multifunctional device. This can be applied for spintronic, sensor, data storage, which bring many benefits in life.