La1-xCaxFeO3 (0.0 ? x ? 0.5) katkılı bileşiğinin mikro yapısının iletkenlik mekanizmasına etkisi
The effect of microstructure on the electronic conduction mechanism of the doped La1-xCaxFeO3 (0.0 ? x ? 0.5) compounds
Yazar: BURAK KOCAER
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ALİ EKBER IRMAK
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Atomik kuvvet mikroskobu = Atomic force microscope ; Elektriksel iletkenlik = Electrical conductivity ; Elektron fonon etkileşmesi = Electron phonon interaction ; Kızılötesi spektroskopi = Infrared spectroscopy ; Sol-jel yöntemi = Sol-gel method ; Termal iletkenlik = Thermal conductivity ; X ışını spektroskopisi = X ray spectroscopy

Özet:
Bu çalışmada, La1-xCaxFeO3 (x=0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5) bileşikleri sol-jel yöntemi kullanılarak üretilen tozlar tablet haline getirilerek  800, 900, 1000, 1100 ve 1200oC sıcaklıklarında 24 saat süreyle ısıl işleme tabi tutularak üretilmişlerdir.
Bileşiklerin yüzey morfolojisi Atomik Kuvvet Mikroskobu, örgü yapısı, örgü parametreleri, kristalit boyutu ve içerdiği safsızlıklar X-Işını kırınım desenleri kullanılarak belirlenmiştir. Bileşiklerin Fe-O bağ uzunluğu değişimi Fourier Dönüşümlü Kızılötesi spektrometresi kullanılarak belirlenmiştir. Bileşiklerin iletkenliği Değişken Aralıklı Atlama (VRH) ve Küçük Polaron Atlama (SPH) modelleri kullanılarak 320-10K aralığında hesaplanan özdirençleri kullanılarak incelenmiştir. 
Üretilen bileşiklerin ortalama tane çapının ısıl işlem sıcaklığı arttıkça arttığı, 0.1 Ca katkılı bütün bileşiklerde en küçük tane boyutu elde edildiği belirlenmiştir. Bütün bileşiklerin perovskit yapıda, Pbnm uzay grubuna sahip olduğu belirlenmiştir. Bileşiklerin tamamı La2O3 safsızlığını, bazılarının ise FeO ve Fe2O3 içerdiği gösterilmiştir. Isıl işlem sıcaklığının ve Ca katkısının artması ile bu safsızlıkların azaldığı belirlenmiştir.
Bileşiklerin iletkenliği 320-200K aralığında SPH, 200-120K aralığında VRH modelleri kullanılarak incelenmiştir. Tüm bileşiklerin yalıtkan özellik gösterdiği, ısıl işlem sıcaklığının ve Ca katkısının artışı ile bileşiklerin sabit sıcaklıktaki özdirencinin azaldığı görülmüştür. Katkısız bileşiklerin tamamının yalıtkan olduğu belirlenmiş ve özdirenclerinin 107 ?cm?den büyük olması nedeniyle iletkenlik ölçümü yapılamamıştır. VRH modelinde ısıl işlem sıcaklığının artması ile atlama enerjisi ve ortalama atlama mesafesi artmış, fermi enerji seviyesindeki durum yoğunluğu ve artık özdirenç azalmıştır. Fakat, Ca katkısının artması ile birlikte atlama enerjisi ve ortalama atlama mesafesi azalmış, fermi enerji seviyesindeki durum yoğunluğu ve artık özdirenç artmıştır. SPH modelinde ise ısıl işlem sıcaklığının ve Ca katkısının artması polaronların aktivasyon enerjileri, Debye sıcaklığı ve polaronların optik fonon frekansının azaldığı gösterilmiştir.

Abstract:
In this study La1-xCaxFeO3 (x=0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5) compounds were prepared using the standard Sol-Gel route and the precursor materials were sintered with temperatures 800, 900, 1000, 1100 and 1200oC for 24 hours.
The surface morphology of the samples was investigated by an Atomic Force Microscope. The crystal structure, the lattice parameters, the crystallite size, and the impurities were investigated using the x-ray diffraction patterns of the samples. Relative bond length alternation was determined using a Fourier Transform Infrared Spectrometer. The electrical conductivity of the samples was investigated between 320-10K using Variable range Hoping model (VRH) and Small Polaron Hoping (SPH) models.
It was determined that as the sintering temperature increases the average grain size of the samples increases and the smaller grain size were obtained for the 10% Ca doped samples. All of the samples crystallize in the perovskite structure with Pbnm space group. La2O3 impurity phase was identified in all compounds and FeO and Fe2O3 impurity phases were identified in some of the compounds. The impurity phases decreases with increasing sintering temperature and increasing Ca doping.
The electrical conductivity of the samples was investigated between 320-10K using VRH model and SPH model. All of the compounds exhibited insulator characteristics and the resistivity of the compounds at constant temperature (250K) decreases as the sintering temperature and the amount of Ca doping increased. The undoped samples were determined to be an insulator having room temperature resistivity greater than 107 ?cm since the electrical conductivity measurement could not be performed. It was specified by using VRH model that as the sintering temperature increases the hoping energy and the average hooping distance increases and the density of the states at the Fermi level and the residual resistivity decreases. However, as the amount of Ca doping increases, the hoping energy and the average hoping distance decreases. Moreover, the density of states at the Fermi level and the residual resistivity increases. In addition, by using SPH model to explain conductivity of the compounds it was assigned that as the sintering temperature and the amount of Ca doping increases the activation energy for polarons, the Debye temperature and the optical phonon frequency of the polarons decreased.