Medidas de transporte y magnetismo bajo altas presiones Prof. Jesús González [email protected] CENTRO 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 InSe dopada 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 o MgO 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 y difracción de rayos x bajo altas presiones y altas temperaturas

Principio Celda de Diamantes Los 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 a alcanzar. 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 Hornos Resistivos externos hasta 900 K al aire, pueden llegar a 1400 K en atmósfera inerte o al vacío

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

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 de alumina, (4) surcos para los contactos, (5) muestra

Fotografias de muestras Con contactos eléctricos

Presurizada vista a través de un diamante

Esquema del arreglo experimental usado 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 220 GPa

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 FeS en función de la presión

Resistividad del GeSe en 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 CeRu2Ge2 a 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 de TiZr

Metalización del ZnSe inducida por la presión

Dependencia de la resistencia con la presión a 300 K

Dependencia de la resistividad con la temperatura a distintas presiones. (a) valor absoluto. (b) curvas normalizadas con R(T=100 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 108 GPa 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 del gasket de Re (zona oscura). Los electrodos de paladio en una configuración de cuasicuatro puntas también se pueden ver.

Medidas eléctricas del oxigeno molecular

Celda de presión de membrana 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. B

Diamond anvil Anvil ring Crabide support plate Lower carbide fixing plate Hemisphere Inner piston Upper anvil retaining plate Outer piston Inner cylinder Outer/inner piston fixing screws Cell body/outer cylinder Top plate Washer Loading bolts, ¼” UNF lh/rh 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

Blibliografía 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

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