Metal oxides for magnetotransport and thermoelectric applications

Abstract

The present work was written in partial fulfillment of the requirements for a Ph.D. degree from the department of Materials Science and Technology of the University of Crete, Greece. The work described here was mostly carried out in the Department of Machanical and Manufacturing of the University of Cyprus under the supervision if prof. J. Giapintzakis. Part of this work was done in the Institute of Electronic Structure and Lasers (IESL) at the Foundation for Research and Technology Hellas (FORTH). The thesis consists of three sections A, B and C. In the section A the magnetic and transport properties of magnetite Fe₃O₄ thin films are studied, and the effect of growth conditions and substrate material on those properties is investigated. In the section B a detailed study on the thermoelectric properties of La₁₋ₓSrₓCoO₃ solid solution is given. Several polycrystalline samples and thin films of different stoichiometries are measured and a clear picture of the thermoelectric efficiency of this transition metal oxide is given. In the section C the application of a simple theoretical model to planar thermoelectric structures is proposed and the thermoelectric power factor of this structure is studied. Finally, in appendices there are information about the experimental set-ups used for low temperature measurements, employed in this thesis. Every section consists of four or five chapters. The author tried to write each of these chapters as an independent report, in order to be readseparately, if it is needed.

Στη διατριβή αυτή μελετώνται οξείδια, τα οποία είναι υποψήφια για εφαρμογές στα spin - ηλεκτρονικά αλλά και σε θερμοηλεκτρικές διατάξεις. Συγκεκριμένα μελετώνται οι ηλεκτρικές, μαγνητικές και μαγνητοηλεκτρικές ιδιότητες του μαγνητίτη (Fe₃O₄) σε μορφή λεπτών υμενίων. Ιδιαίτερη σημασίαδίδεται στην επίδραση των συνθηκών παραγωγής των λεπτών υμενίων, καθώς και η επίδραση της παρουσίας του υποστρώματος. Ιδιαίτερη βαρύτητα δίδεται στα λεπτά υμένια μαγνητίτη, τα οποία είναι εναποτεθειμένα πάνω σε μονοκρυσταλλικά υποστρώματα πυριτίου Si (100), καθώς σε αυτά παρατηρείται μια ιδιάζουσα συμπεριφορά, όσο αφορά στις ηλεκτρικές και μαγνητοηλεκτρικές ιδιότητες σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία και το μαγνητικό πεδίο. Για τα θερμοηλεκτρικά υλικά μελετάται η ένωση La₁₋ₓSrₓCoO₃, για την οποία υπάρχουν δημοσιευμένες αναφορές για υψηλό θερμοηλεκτρικό συντελεστή ποιότητας. Η μελέτη εκτείνεται σε πολυκρυσταλλικά δείγματα αλλά και λεπτά υμένια. Οι μετρήσεις της θερμικής αγωγιμότητας, θερμοηλεκτρικής ισχύος και ηλεκτρικής αντίστασης σε αυτή τη χημική ένωση αποσκοπούν στο να αποκαλύψουν το μηχανισμό, που ευθύνεται για την υψηλή θερμοηλεκτρική απόδοση του υλικού αυτού, και κάτω από ποιες συνθήκες αυτή μπορεί να επιτευχθεί.