Lladó Marín, Juan A.

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    Fabrication of V4O7 thin films by DC sputtering and design of a piston clamped pressure cell
    (2021-12-08) Lladó Marín, Juan A.; Rúa de la Asunción, Armando J.; College of Arts and Sciences - Sciences; Sánchez Quintero, Dilsom; Marrero Soto, Pablo J.; Department of Physics; Acuña Fernández, Edgar
    Aunque se ha demostrado que el V4O7 tiene una temperatura de transición metal-aislante cercana a 250 K, las investigaciones existentes disponibles son limitadas cuando se compara con estados de oxidación más comunes, como, por ejemplo, VO2 and V2O3. La disponibilidad limitada de trabajo se reduce aún más para películas delgadas a pesar de que estas configuraciones serían más favorables para diferentes aplicaciones. Este trabajo presenta un método para la preparación de películas delgadas de V4O7 sobre sustratos de SiO2 utilizando la técnica de sputtering magnetrón DC. Las películas depositadas fueron caracterizadas mediante AFM, XRD y resistividad en función de temperatura obteniendo muestras de V4O7/SiO2 de buena calidad. El espesor de las películas y la rugosidad de la superficie variaba de 150 a 230 nm y de 26 a 43 nm respectivamente. Se identificó que el tamaño de grano variaba de 613 nm a 704 nm. Las gráficas de XRD mostraron picos característicos de V4O7. Se encontró que, a 275 K, la resistividad era menos de 0.015 Ω-cm. A 160 K, se halló que la resistividad era 2.12 Ω-cm. La temperatura de transición se identificó como 226 K. Hubo una histéresis resultante de menos de 2 K. Sin embargo, aún con condiciones nominales de deposición similares, la reproducción consistente de las características eléctricas entre muestras fue un reto. Esto debido a que variaciones pequeñas en la presión parcial de oxígeno durante el proceso de deposición pueden conducir a desviaciones en la estequiometría del material depositado. Aunque pequeñas, estas desviaciones causan variaciones en la resistividad. En un intento por corregir las diferencias obtenidas en las medidas eléctricas en función de la temperatura, se utilizó un tratamiento térmico posterior a la deposición. A pesar de caracterizar las películas posterior al tratamiento térmico y confirmar la presencia de V4O7, las propiedades eléctricas en función de la temperatura no fueron las características del material. Este trabajo se basó en las variaciones de las propiedades eléctricas con la temperatura con el fin de estudiar la transición metal-aislante en películas de V4O7/SiO2. Por otra parte, estudios previos demuestran la habilidad de inducir o suprimir la TMA (transición metal-aislante) por medio de la aplicación de presión hidrostática, que al ser combinados con los amplios rangos de oxidación de vanadio ofrecen numerosas oportunidades de investigación en el futuro. Aunque en el mercado existen celdas capaces de alcanzar altas presiones, estas suelen ser costosas y su uso es limitado debido a las altas presiones que provee. En apoyo a las investigaciones en esta área, esta tesis presenta el diseño de una celda de presión conocida como “piston-clamped cell”. El rango operacional anticipado de la celda es de 3 GPa. La presión es aplicada por medio de una prensa hidráulica, a través de un pistón en la cámara de la celda. La muestra se colocaría en una cápsula de Teflón y sería sumergida en un fluido que transmite la presión. Dentro de la cápsula se realizaría el cableado que permite la medición de cuatro puntos en función de la presión. En adición se utilizaron simulaciones en DAC (diseño asistido por computadoras) y AEF (análisis de elementos finitos) para crear modelos virtuales de la celda de presión y dibujos detallados inicialmente, el cual puede ser modificado para otras aplicaciones.