Investigation of metal-insulator transition in magnetron sputtered samarium nickelate thin films

Przejście metal-izolator jest jednym z najciekawszych zjawisk, którymi zajmuje się fizyka ciała stałego. Nie tylko ze względu na możliwe zastosowania tego zjawiska, ale przede wszystkim ze względu na samą jego fizykę, ogromna ilość prac jest poświęcona badaniu go. Geneza i kluczowe czynniki jego występowania takie jak odpychanie kulombowskie, rozszczepienie spin-orbita czy inne, różnią się znacznie w zależności od rozważanego materiału. Pośród dużej grupy materiałów nikielaty ziem rzadkich, obiekt badań tej pracy, reprezentują tylko jeden rodzaj przejścia. W tych materiałach przejście metal-izolator czeka jeszcze na pełne wyjaśnienie. Obecny opis uwzględnia nierównowagowe rozłożenie ładunku (charge disproportionation) na jonach niklu, co z kolei wpływa na przekrywanie się pasm niklu i tlenu a w związku z tym na przewodnictwo elektryczne w materiale. Zaobserwowano spójną zmienność właściwości elektrycznych między członkami rodziny nikielatów w odniesieniu do pierwiastka ziem rzadkich. Zmiany te związane są jednocześnie z poziomem zniekształceń strukturalnych. Jeśli zniekształcenie strukturalne jest siłą napędową przejścia, można również wykazać jego wpływ w odniesieniu do wymiarów materiału. Teza dyskutowana w niniejszej rozprawie zakłada, że nanoskopowe wymiary nikielatu samarowego wpływają na jego strukturę krystaliczną, a co za tym idzie, na strukturę elektronową i przejście metal-izolator. Ta korelacja jest możliwym punktem wyjścia do opracowania teorii dotyczącej przejścia metal-izolator w cienkich warstwach. Postawiona teza jest weryfikowana poprzez badanie szeregu materiałów tlenków samarowo-niklowych w postaci cienkich warstw napylanych magnetronowo, o zmiennej grubości i zmiennych warunkach syntezy. Otrzymano prawie amorficzne, polikrystaliczne oraz silnie steksturowane warstwy o grubości od 20 do 500 nm. Do scharakteryzowania materiałów i zbadania przejścia metal-izolator zastosowano zarówno techniki pomiarowe powierzchniowo czułe, jak i metody objętościowe. Badania utrudniało jednak zanieczyszczenie powierzchni tlenkiem chromu wynikające z niezbędnej końcowej obróbki termicznej. Pomimo tych trudności udało się zweryfikować występowanie przejścia metal-izolator. Zjawisko to jest skorelowane z uzyskanymi widmami Ramana i zmianami temperatury pozycji modów ramanowskich. Zmiany zaobserwowane w powłokach polikrystalicznych były w ogólności mniejsze i mniej wyraźne niż w przypadku warstw z preferowaną orientacją. Ponadto, chociaż warstwy amorficzne nie wykazywały prawidłowej struktury krystalicznej i modów Ramana odpowiednich dla rombowej struktury niekielatu, zauważono zmianę struktury elektronowej w szerszym zakresie temperatur. W rzeczywistości wszystkie dane uzyskane za pomocą spektroskopii fotoelektronów rentgenowskich sugerują, że w każdej badanej próbce zachodzą zmiany struktury elektronowej pasma niklu wywołane temperaturą. Porównanie różnic energii wiązania składowych Ni 2p3/2 i jej zmian w zależności od temperatury wskazują, że największe zmiany zachodzą w najcieńszych warstwach. Warstwa, która miała duże niedopasowanie strukturalne w stosunku do podłoża, duże przesunięcie temperatury Ramana i wysoką temperaturę MI, również ma wysoki rozdział energii XPS i wielkość jego zmiany temperatury. Wyniki pokazują, że dysproporcja ładunku niklu nie jest charakterystyczna dla stanu izolatora w cienkich warstwach SmNiO3. Pojawia się także w stanie metalicznym, chociaż jest mniejsza. Ponadto występuje nawet w powłokach, które nie zawierają odpowiedniej struktury krystalicznej. Przejście występuje w wyższej temperaturze w przypadku cieńszych warstw, które również mają wyższy poziom niedopasowania sieci. Argumentuje się, że w przypadku tak cienkiej warstwy odkształcenie jest wystarczająco duże, aby wymagać wyższej energii cieplnej, aby wywołać zmiany długości wiązań nikiel-tlen i zachodzenia pasm na siebie. Preferowana orientacja krystaliczna również wpływa na przejście, jednak niewielka liczba próbek utrudniała uchwycenie szczegółów tego zachowania. Przedstawiony w pracy efekt grubości i struktury krystalicznej jest odmianą klasycznego efektu jonów metali ziem rzadkich. Przejście metal-izolator można modyfikować, zmieniając wymiary materiałów i orientację kryształów. Efekt anizotropii i rozmiaru jest ważny z uwagi na przyszłe dostosowanie przejścia MI do konkretnych potrzeb

Germanium and Indium Recovery from Zinc Metallurgy by-Products—Dross Leaching in Sulphuric and Oxalic Acids

Leaching of the dross containing 28.7% Sn, 18.0 Pb, 10.6% Cu, 8.9% Ge, 8.1% Zn, and 2.7% In in sulphuric and oxalic acid solution was investigated. The dross was obtained from thermal oxidation of by-product alloy generated during a New Jersey (NJ) zinc rectification process. The influence of different process conditions (temperature, time, acid concentration, and solid to liquid ratio) on leaching yield of the main components was determined. Additionally, the impact of oxidant (hydrogen peroxide, sodium hypochlorite, manganese (IV) oxide) addition on leachabilities was investigated. Germanium leaching yields exceeding 80% were observed for both sulphuric and oxalic acid solutions. Indium leachability in H2C2O4(aq) was found at the level of 20%, while in H2SO4(aq), it strongly depends on process temperature, and reached 80% at 80 °C

Ni–Cr Powders Modified with Rhenium as a Novel Coating Material—Physical Properties, Microstructure, and Behavior in Plasma Plume

The aim of this work was to develop a new coating material based on Ni20Cr alloy modified with up to 50%wt. rhenium. The modification was carried out by the mechanical mixing of the base powder and ammonium perrhenate with the subsequent thermoreduction in an H2 atmosphere. The obtained powder consists of a nickel–chromium core surrounded by a rhenium shell. The characterization of the powders—including their microstructure, phase and chemical composition, density, flowability, particle size distribution, and specific surface area—was performed. The influence of plasma current intensity and hydrogen gas flow on in-flight particle temperature and velocity were investigated. The results indicate that there is interdiffusion between the base Ni20Cr and the rhenium shell, resulting in intermediary solid solution(s). The modified powders have a higher specific surface area and a lower flowability, but this does not prevent them from being used as feedstock in plasma spraying. In-flight measurements reveal that increasing the content of rhenium allows for the higher temperature of particles, though it also reduces their speed