Structural and magnetic properties of Ni1-xZnxFe2O4 (x=0, 0.5 and 1) nanopowders prepared by sol-gel method

A series of nanostructured Ni-Zn ferrites Ni1-xZnxFe2O4 (x=0, 0.5 and 1) with a grain size from 24 to 65 nm have been prepared with a sol-gel method. The effect of composition and sintering temperature on morphology, magnetic properties, Curie temperature, specific heating rate at 295 kHz and hysteresis loss have been studied. The highest coercivity of 50 and 40 Oe, were obtained for NiFe2O4 and Ni0.5Zn0.5Fe2O4 samples with the grain size of 35 and 29 nm, respectively. The coercivity of Ni and Ni-Zn mixed ferrites decreased with temperature. The Bloch exponent was 1.5 for all samples. As the grain size increased, the Curie temperature of NiFe2O4 increased from 849 to 859 K. The highest saturation magnetization of 70 emu/g at 298 K and the highest specific heating rate of 1.6 K/s under radiofrequency heating at 295 kHz were observed over NiFe2O4 calcined at 1073 K. Both the magnitude of the hysteresis loss and the temperature dependence of the loss are influenced by the sintering temperature and composition.

Polarisabilities of alkylimidazolium ionic liquids

The molar polarisability and molar volume for 71 ionic liquids were extracted from 157 measurements of their refractive index and density, which were then further deconstructed into atomic contributions by means of a Designed Regression analysis. Using this approach, the density and refractive index for any chosen ionic liquid with alkyl-substituted imidazolium cations can be predicted in good agreement with experimental data.

Universal tight binding model for chemical reactions in solution and at surfaces. II. Water

A revised water model intended for use in condensed phase simulations in the framework of the self consistent polarizable ion tight binding theory is constructed. The model is applied to water monomer, dimer, hexamers, ice, and liquid, where it demonstrates good agreement with theoretical results obtained by more accurate methods, such as DFT and CCSD(T), and with experiment. In particular, the temperature dependence of the self diffusion coefficient in liquid water predicted by the model, closely reproduces experimental curves in the temperature interval between 230 K and 350 K. In addition, and in contrast to standard DFT, the model properly orders the relative densities of liquid water and ice. A notable, but inevitable, shortcoming of the model is underestimation of the static dielectric constant by a factor of two. We demonstrate that the description of inter and intramolecular forces embodied in the tight binding approximation in quantum mechanics leads to a number of valuable insights which can be missing from ab initio quantum chemistry and classical force fields. These include a discussion of the origin of the enhanced molecular electric dipole moment in the condensed phases, and a detailed explanation for the increase of coordination number in liquid water as a function of temperature and compared with ice-leading to insights into the anomalous expansion on freezing. The theory holds out the prospect of an understanding of the currently unexplained density maximum of water near the freezing point. 

Characterization of optical properties of PtSi at 3.392 mu m from 300 K to 85 K and relation of morphological effects

PtSi/Si Schottky junctions, fabricated using a conventional technique of Pt deposition with a subsequent thermal anneal, are examined using X-ray diffraction, atomic force microscopy and a novel prism/gap/sample optical coupling system. With the aid of X-ray diffraction and atomic farce microscopy it is shown that a post-anneal etch in aqua regia is essential for the removal of an unreacted, rough surface layer of Pt, to leave a much smoother PtSi film. The prism/gap/sample or Otto coupling rig is mounted in a small UHV chamber and has facilities for remote variation of the gap (by virtue of a piezoactuator system) and variation of the temperature in the range of similar to 300 K - 85 K. The system is used to excite surface plasmon polaritons on the outer surface of the PtSi and thus produce sensitive optical characterisation as a function of temperature. This is performed in order to yield an understanding of the temperature dependence of phonon and interface scattering of carriers in the PtSi.

Barrier characteristics of PtSi/p-Si schottky diodes as determined from I-V-T measurements

The current-voltage-temperature characteristics of PtSi/p-Si Schottky barrier diodes were measured in the temperature range 60-115 K. Deviation of the ideality factor from unity below 80 K may be modelled using the so-called T-0 parameter with T-0 = 18 K. It is also shown that the curvature in the Richardson plots may be remedied by using the flatband rather than the zero-bias saturation current density. Physically, the departure from ideality is interpreted in terms of an inhomogeneous Schottky contact. Here we determine a mean barrier height at T = 0 K, phi(b)(-0) = 223 mV, with an (assumed) Gaussian distribution of standard deviation sigma(phi) = 12.5 mV. These data are correlated with the zero-bias barrier height, phi(j)(0) = 192 mV (at T = 90 K), the photoresponse barrier height, phi(ph) = 205 mV, and the flatband barrier height, phi(fb) = 214 mV. Finally, the temperature coefficient of the flatband barrier was found to be -0.121 mV K-1, which is approximately equal to 1/2(dE(g)(i)/dT), thus suggesting that the Fermi level at the interface is pinned to the middle of the band gap.

One size fits all: stability of metabolic scaling under warming and ocean acidification in echinoderms

Responses by marine species to ocean acidification (OA) have recently been shown to be modulated by external factors including temperature, food supply and salinity. However the role of a fundamental biological parameter relevant to all organisms, that of body size, in governing responses to multiple stressors has been almost entirely overlooked. Recent consensus suggests allometric scaling of metabolism with body size differs between species, the commonly cited 'universal' mass scaling exponent (b) of A3/4 representing an average of exponents that naturally vary. One model, the Metabolic-Level Boundaries hypothesis, provides a testable prediction: that b will decrease within species under increasing temperature. However, no previous studies have examined how metabolic scaling may be directly affected by OA. We acclimated a wide body-mass range of three common NE Atlantic echinoderms (the sea star Asterias rubens, the brittlestars Ophiothrix fragilis and Amphiura filiformis) to two levels of pCO(2) and three temperatures, and metabolic rates were determined using closed-chamber respirometry. The results show that contrary to some models these echinoderm species possess a notable degree of stability in metabolic scaling under different abiotic conditions; the mass scaling exponent (b) varied in value between species, but not within species under different conditions. Additionally, we found no effect of OA on metabolic rates in any species. These data suggest responses to abiotic stressors are not modulated by body size in these species, as reflected in the stability of the metabolic scaling relationship. Such equivalence in response across ontogenetic size ranges has important implications for the stability of ecological food webs.

Solid-liquid interfacial free energy out of equilibrium

The properties of the interface between solid and melt are key to solidification and melting, as the interfacial free energy introduces a kinetic barrier to phase transitions. This makes solidification happen below the melting temperature, in out-of-equilibrium conditions at which the interfacial free energy is ill defined. Here we draw a connection between the atomistic description of a diffuse solid-liquid interface and its thermodynamic characterization. This framework resolves the ambiguities in defining the solid-liquid interfacial free energy above and below the melting temperature. In addition, we introduce a simulation protocol that allows solid-liquid interfaces to be reversibly created and destroyed at conditions relevant for experiments. We directly evaluate the value of the interfacial free energy away from the melting point for a simple but realistic atomic potential, and find a more complex temperature dependence than the constant positive slope that has been generally assumed based on phenomenological considerations and that has been used to interpret experiments. This methodology could be easily extended to the study of other phase transitions, from condensation to precipitation. Our analysis can help reconcile the textbook picture of classical nucleation theory with the growing body of atomistic studies and mesoscale models of solidification.

Measurements of thermophysical properties of perfluorocarbons and ionic liquids

No presente trabalho propõe-se estudar a tensão superficial de vários perfluorocarbonetos lineares, cíclicos, aromáticos e [alfa]-substituídos bem como líquidos iónicos com o catião imidazolium em comum. Apesar do seu interesse inerente, informação sobre esta propriedade para os compostos seleccionados é escassa e quando disponível apresenta discrepâncias consideráveis entre si. As medições foram realizadas no intervalo de temperaturas (283 to 353) K usando o método do anel de Du Noüy. Para os fluorocarbonetos, os dados experimentais demonstram que a estrutura molecular é o factor primordial no comportamento da superfície uma vez que os fluorocarbonetos aromáticos apresentam a tensão superficial mais elevada, seguida pelos fluorocarbonetos cíclicos e substituídos. Os perfluorocarbonetos lineares apresentam os menores valores de tensão superficial, aumentando ligeiramente com o aumento do número de carbonos. Os líquidos iónicos estudados foram seleccionados com o objectivo de fornecerem um estudo compreensivo sobre a influência do tamanho da cadeia alquílica do catião, o número de substituições no catião e a influência do anião. A influência do conteúdo de água na tensão superficial foi estudada em função da temperatura e da fracção molar de água para o liquido iónico mais hidrofóbico, [omim][PF6], e para o mais higroscópico, [bmim][PF6]. As funções termodinâmicas de superfície, como a entropia e entalpia de superfície, foram derivadas a partir da dependência da tensão superficial com a temperatura. Os dados obtidos para o fluorocarbonetos foram comparados com a correlação proposta por Faizullin, apresentando um desvio inferior a 4 % e demonstrando a sua aplicabilidade para com esta classe de compostos. A metodologia adoptada neste trabalho requer o conhecimento das densidades dos compostos de modo a aplicar a necessária correcção hidrostática. Contudo, para os líquidos iónicos esta informação é limitada ou mesmo inexistente. Por este motivo realizaram-se medições de densidade em função da pressão (0.10 < p/MPa < 10.0) e da temperatura (293.15 < T/K < 393.15). Desta dependência, as propriedades termodinâmicas, tais como compressibilidade isotérmica, expansividade isobárica, coeficiente térmico da pressão e dependência da capacidade calorífica com a pressão foram investigadas. A influência do teor de água na densidade foi também estudada para o líquido iónico mais hidrofóbico, [omim][PF6]. Um modelo simples de volume-ideal foi aplicado de forma preditiva para os volumes molares dos líquidos iónicos, em condições ambientais, descrevendo bem os dados experimentais. ABSTRACT: This work aims at studying the surface tension of some linear, cyclic, aromatic, [alfa]-substituted perfluorocarbons and imidazolium based ionic liquids. Despite its fundamental interest, information about this property for these compounds is scarce and the available data present strong discrepancies among each other. The measurements were carried out in the temperature range (283 to 353) K with the Du Noüy ring method. For the fluorocarbons, the analysis of the experimental data shows that the molecular structure is the main factor in the surface since the aromatic fluorocompounds present the highest surface tensions, followed by the cyclic and substituted fluorocompounds. The linear n-perfluoroalkanes exhibit the lowest surface tension values, slightly increasing with the carbon number. The set of selected ionic liquids was chosen to provide a comprehensive study of the influence of the cation alkyl chain length, the number of cation substitutions and the anion on the properties under study. The influence of water content in the surface tension was studied for several ILs as a function of the temperature as well as a function of water mole fraction, for the most hydrophobic IL investigated, [omim][PF6], and one hygroscopic IL, [bmim][PF6]. The surface thermodynamic functions such as surface entropy and enthalpy were derived from the temperature dependence of the surface tension values. The perfluorocarbons experimental data were compared against the Faizullin correlation, and it is shown that this correlation describes the measured surface tensions with deviations inferior to 4 %. The methodology adopted in this work requires the knowledge of the densities of the compounds under study in order to apply an hydrostatic correction. However, for ionic liquids these information is scarse and in some cases unavailable. Therefore, experimental measurements of the pressure (0.10 < p/MPa < 10.0) and temperature (293.15 < T/K < 393.15) dependence of the density and derived thermodynamic properties, such as the isothermal compressibility, the isobaric expansivity, the thermal pressure coefficient, and the pressure dependence of the heat capacity of several imidazolium-based ionic were determined. The influence of water content in the density was also studied for the most hydrophobic IL used, [omim][PF6]. A simple ideal-volume model was employed for the prediction of the imidazolium molar volumes at ambient conditions, which proved to agree well with the experimental results.

Radiation-induced defects in quantum-size structures of A3B5 semiconductors

As estruturas quânticas de semicondutores, nomeadamente baseadas em GaAs, têm tido nos últimos vinte anos um claro desenvolvimento. Este desenvolvimento deve-se principalmente ao potencial tecnológico que estas estruturas apresentam. As aplicações espaciais, em ambientes agressivos do ponto de vista do nível de radiação a que os dispositivos estão sujeitos, motivaram todo o desenrolar de estudos na área dos defeitos induzidos pela radiação. As propriedades dos semicondutores e dos dispositivos de semicondutores são altamente influenciadas pela presença de defeitos estruturais, em particular os induzidos pela radiação. As propriedades dos defeitos, os processos de criação e transformação de defeitos devem ser fortemente alterados quando se efectua a transição entre o semicondutor volúmico e as heteroestruturas de baixa dimensão. Este trabalho teve como principal objectivo o estudo de defeitos induzidos pela radiação em estruturas quânticas baseadas em GaAs e InAs. Foram avaliadas as alterações introduzidas pelos defeitos em estruturas de poços quânticos e de pontos quânticos irradiadas com electrões e com protões. A utilização de várias técnicas de espectroscopia óptica, fotoluminescência, excitação de fotoluminescência e fotoluminescência resolvida no tempo, permitiu caracterizar as diferentes estruturas antes e após a irradiação. Foi inequivocamente constatada uma maior resistência à radiação dos pontos quânticos quando comparados com os poços quânticos e os materiais volúmicos. Esta resistência deve-se principalmente a uma maior localização da função de onda dos portadores com o aumento do confinamento dos mesmos. Outra razão provável é a expulsão dos defeitos dos pontos quânticos para a matriz. No entanto, a existência de defeitos na vizinhança dos pontos quânticos promove a fuga dos portadores dos níveis excitados, cujas funções de onda são menos localizadas, provocando um aumento da recombinação nãoradiativa e, consequentemente, uma diminuição da intensidade de luminescência dos dispositivos. O desenvolvimento de um modelo bastante simples para a estatística de portadores fora de equilíbrio permitiu reproduzir os resultados de luminescência em função da temperatura. Os resultados demonstraram que a extinção da luminescência com o aumento da temperatura é determinada por dois factores: a redistribuição dos portadores minoritários entre os pontos quânticos, o poço quântico e as barreiras de GaAs e a diminuição na taxa de recombinação radiativa relacionada com a dependência, na temperatura, do nível de Fermi dos portadores maioritários.

Microstructure design of Titanate-based electroceramics

Electrocerâmicos são uma classe de materiais avançados com propriedades eléctricas valiosas para aplicações. Estas propriedades são geralmente muito dependentes da microestrutura dos materiais. Portanto, o objectivo geral deste trabalho é investigar o desenho da resposta dieléctrica de filmes espessos obtidos por Deposição Electroforética (EPD) e cerâmicos monolíticos, através do controlo da evolução da microestrutura durante a sinterização de electrocerâmicos à base de titanatos. Aplicações sem fios na indústria microelectrónica e de comunicações, em rápido crescimento, tornaram-se um importante mercado para os fabricantes de semicondutores. Devido à constante necessidade de miniaturização, redução de custos e maior funcionalidade e integração, a tecnologia de filmes espessos está a tornar-se uma abordagem de processamento de materiais funcionais cada vez mais importante. Uma técnica adequada neste contexto é EPD. Os filmes espessos resultantes necessitam de um passo subsequente de sinterização que é afectada pelo substrato subjacente, tendo este um forte efeito sobre a evolução da microestrutura. Relacionado com a miniaturização e a discriminação do sinal, materiais dieléctricos usados como componentes operando a frequências das microondas em aplicações na industria microelectrónica de comunicações devem apresentar baixas perdas dieléctricas e elevadas permitividade dieléctrica e estabilidade com a temperatura. Materiais do sistema BaO-Ln2O3- TiO2 (BLnT: Ln = La ou Nd), como BaLa4Ti4O15 (BLT) e Ba4.5Nd9Ti18O54 (BNT), cumprem esses requisitos e são interessantes para aplicações, por exemplo, em estações de base para comunicações móveis ou em ressonadores para telefones móveis, onde a miniaturização dos dispositivos é muito importante. Por sua vez, o titanato de estrôncio (SrTiO3, STO) é um ferroeléctrico incipiente com constante dieléctrica elevada e baixas perdas, que encontra aplicação em, por exemplo, condensadores de camada interna, tirando partido de fronteiras de grão altamente resistivas. A dependência da permitividade dieléctrica do campo eléctrico aplicado torna este material muito interessante para aplicações em dispositivos de microondas sintonizáveis. Materiais à base de STO são também interessantes para aplicações termoeléctricas, que podem contribuir para a redução da actual dependência de combustíveis fósseis por meio da geração de energia a partir de calor desaproveitado. No entanto, as mesmas fronteiras de grão resistivas são um obstáculo relativamente à eficiência do STO para aplicações termoeléctricas. Para além do efeito do substrato durante a sinterização constrangida, outros factores, como a presença de fase líquida, a não-estequiometria ou a temperatura de sinterização, afectam significativamente não apenas a microestrutura dos materiais funcionais, mas também a sua resposta dieléctrica. Se adequadamente compreendidos, estes factores podem ser intencionalmente usados para desenhar a microestrutura dos electrocerâmicos e, desta forma, as suas propriedades dieléctricas. O efeito da não-estequiometria (razão Sr/Ti 0.995-1.02) no crescimento de grão e resposta dieléctrica de cerâmicos de STO foi investigado neste trabalho. A mobilidade das fronteiras de grão aumenta com a diminuição da razão Sr/Ti. A resistividade do interior dos grãos e das fronteiras de grão é sistematicamente diminuída em amostras não-estequiométricas de STO, em comparação com o material estequiométrico. O efeito é muito mais forte para as fronteiras de grão do que para o seu interior. Dependências sistemáticas da não-estequiometria foram também observadas relativamente à dependência da condutividade da temperatura (muito mais afectada no caso da contribuição das fronteiras de grão), à capacitância do interior e fronteiras de grão e à espessura das fronteiras de grão. Uma anomalia no crescimento de grão em cerâmicos de STO ricos em Ti foi também observada e sistematicamente analisada. Foram detectadas três descontinuidades na dependência do tipo Arrhenius do crescimento de grão relativamente à temperatura com diminuições no tamanho de grão a temperaturas em torno de 1500, 1550 e 1605 °C. Além disso, descontinuidades semelhantes foram também observadas na dependência da energia de activação relativamente à condutividade das fronteiras de grão e na espessura das fronteiras de grão, avaliadas por Espectroscopia de Impedância. Estas notáveis coincidências suportam fortemente a formação de diferentes complexos de fronteira de grão com transições entre os regimes de crescimento de grão observados, que podem ser correlacionados com diferentes mobilidades de fronteira de grão e propriedades dieléctricas. Um modelo é sugerido, que se baseia na diminuição da fase líquida localizada nas fronteiras de grão, como o aumento da temperatura de sinterização, um cenário compatível com um fenómeno de solubilidade retrógrada, observado anteriormente em metais e semicondutores, mas não em cerâmicos. A EPD de filmes espessos de STO em substratos de folha de Pt e a sinterização constrangida dos filmes fabricados foram também preliminarmente tratadas. Filmes espessos de STO foram depositados com êxito por EPD sobre substratos de Pt e, depois de sinterizados, atingiram densidades elevadas. Um aumento da densificação e do tamanho de grão assim como o alargamento da distribuição de tamanho do grão foram observados com a diminuição da razão Sr/Ti, tal como anteriormente observado em amostras cerâmicas. Grãos equiaxiados foram observados para todas as composições, mas um certo grau de anisotropia na orientação dos poros foi detectado: os poros revelaram uma orientação vertical preferencial. Este trabalho focou-se também na sinterização constrangida do sistema BLnT (Ln = La ou Nd), nomeadamente de filmes espessos de BLT e BNT sobre substratos de folha de platina, e na relação do desenvolvimento de anisotropia microestrutural com as propriedades dieléctricas. As observações durante a sinterização constrangida foram comparadas com cerâmicos monolíticos equivalentes sinterizados livremente. Filmes espessos de BLnT (Ln = La ou Nd) com elevada densidade foram obtidos por EPD e subsequente sinterização constrangida. A anisometria cristalográfica do material em conjunto com um passo de sinterização constrangida resultou em grãos alongados e microestruturas anisotrópicas. O efeito do stress do substrato durante a sinterização constrangida originou graus mais elevados de anisotropia (grãos e poros alongados e orientação preferencial, bem como textura cristalográfica) nos filmes sinterizados relativamente aos cerâmicos equivalentes sinterizados livremente, não obstante o estado equivalente das amostras em verde. A densificação dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é retardada em comparação com os cerâmicos, mas depois de longos tempos de sinterização densidades semelhantes são obtidas. No entanto, em oposição a observações na sinterização constrangida de outros sistemas, o crescimento do grão em filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é favorecido pelo constrangimento causado pelo substrato. Além disso, grãos e poros alongados orientados paralelamente ao substrato foram desenvolvidos durante a sinterização constrangida de filmes espessos. Verificou-se uma forte correlação entre a evolução de grãos e poros, que começou assim que o crescimento do grão se iniciou. Um efeito da tensão do substrato no aumento do crescimento de grão, bem como um forte “Zener pinning”, origina microestruturas altamente texturizadas, o que também é observado a nível cristalográfico. Efeitos marcantes da anisotropia microestrutural foram também detectados nas propriedades dieléctricas dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd). Juntamente com o aumento da razão de aspecto dos grãos, do factor de orientação e do grau de textura cristalográfica, a permitividade relativa é ligeiramente diminuída e o coeficiente de temperatura da permitividade evolui de negativo para positivo com o aumento do tempo isotérmico de sinterização. Este trabalho mostra que a não-estequiometria pode ser usada para controlar a mobilidade das fronteiras de grão e, portanto, desenhar a microestrutura e as propriedades dieléctricas de electrocerâmicos à base de STO, com ênfase nas propriedades das fronteiras de grão. O papel da não-estequiometria no STO e dos complexos de fronteira de grão no desenvolvimento microestrutural é discutido e novas oportunidades para desenhar as propriedades de materiais funcionais são abertas. As observações relativamente à sinterização constrangida apontam para o efeito de tensões mecânicas desenvolvidas devido ao substrato subjacente no desenvolvimento da microestrutura de materiais funcionais. É assim esperado que a escolha adequada de substrato permitia desenhar a microestrutura de filmes espessos funcionais com desempenho optimizado. “Stress Assisted Grain Growth” (SAGG) é então proposto como uma técnica potencial para desenhar a microestrutura de materiais funcionais, originando microestruturas anisotrópicas texturizadas com propriedades desejadas.

Electrical characterization of metal-oxide-polymer devices for non-volatile memory applications

The objective of this thesis is to study the properties of resistive switching effect based on bistable resistive memory which is fabricated in the form of Al2O3/polymer diodes and to contribute to the elucidation of resistive switching mechanisms. Resistive memories were characterized using a variety of electrical techniques, including current-voltage measurements, small-signal impedance, and electrical noise based techniques. All the measurements were carried out over a large temperature range. Fast voltage ramps were used to elucidate the dynamic response of the memory to rapid varying electric fields. The temperature dependence of the current provided insight into the role of trapped charges in resistive switching. The analysis of fast current fluctuations using electric noise techniques contributed to the elucidation of the kinetics involved in filament formation/rupture, the filament size and correspondent current capabilities. The results reported in this thesis provide insight into a number of issues namely: (i) The fundamental limitations on the speed of operation of a bi-layer resistive memory are the time and voltage dependences of the switch-on mechanism. (ii) The results explain the wide spread in switching times reported in the literature and the apparently anomalous behaviour of the high conductance state namely the disappearance of the negative differential resistance region at high voltage scan rates which is commonly attributed to a “dead time” phenomenon which had remained elusive since it was first reported in the ‘60s. (iii) Assuming that the current is filamentary, Comsol simulations were performed and used to explain the observed dynamic properties of the current-voltage characteristics. Furthermore, the simulations suggest that filaments can interact with each other. (iv) The current-voltage characteristics have been studied as a function of temperature. The findings indicate that creation and annihilation of filaments is controlled by filling and neutralizing traps localized at the oxide/polymer interface. (v) Resistive switching was also studied in small-molecule OLEDs. It was shown that the degradation that leads to a loss of light output during operation is caused by the presence of a resistive switching layer. A diagnostic tool that predicts premature failure of OLEDs was devised and proposed. Resistive switching is a property of oxides. These layers can grow in a number of devices including, organic light emitting diodes (OLEDs), spin-valve transistors and photovoltaic devices fabricated in different types of material. Under strong electric fields the oxides can undergo dielectric breakdown and become resistive switching layers. Resistive switching strongly modifies the charge injection causing a number of deleterious effects and eventually device failure. In this respect the findings in this thesis are relevant to understand reliability issues in devices across a very broad field.

Hopping conduction and persistent photoconductivity in Cu2ZnSnS4 thin films

The temperature dependence of electrical conductivity and the photoconductivity of polycrystalline Cu2ZnSnS4 were investigated. It was found that at high temperatures the electrical conductivity was dominated by band conduction and nearest-neighbour hopping. However, at lower temperatures, both Mott variable-range hopping (VRH) and Efros–Shklovskii VRH were observed. The analysis of electrical transport showed high doping levels and a large compensation ratio, demonstrating large degree of disorder in Cu2ZnSnS4. Photoconductivity studies showed the presence of a persistent photoconductivity effect with decay time increasing with temperature, due to the presence of random local potential fluctuations in the Cu2ZnSnS4 thin film. These random local potential fluctuations cannot be attributed to grain boundaries but to the large disorder in Cu2ZnSnS4.

Far infrared reflectance and optical properties of organic superconductor (TMTSF)2ClO4 /

Polarized reflectance measurements of the quasi I-D charge-transfer salt (TMTSFh CI04 were carried out using a Martin-Puplett-type polarizing interferometer and a 3He refrigerator cryostat, at several temperatures between 0.45 K and 26 K, in the far infrared, in the 10 to 70 cm- 1 frequency range. Bis-tetramethyl-tetraselena-fulvalene perchlorate crystals, grown electrochemically and supplied by K. Behnia, of dimensions 2 to 4 by 0.4 by 0.2 mm, were assembled on a flat surface to form a mosaic of 1.5 by 3 mm. The needle shaped crystals were positioned parallel to each other along their long axis, which is the stacking direction of the planar TMTSF cations, exposing the ab plane face (parallel to which the sheets of CI04 anions are positioned). Reflectance measurements were performed with radiation polarized along the stacking direction in the sample. Measurements were carried out following either a fast (15-20 K per minute) or slow (0.1 K per minute) cooling of the sample. Slow cooling permits the anions to order near 24 K, and the sample is expected to be superconducting below 1.2 K, while fast cooling yields an insulating state at low temperatures. Upon the slow cooling the reflectance shows dependence with temperature and exhibits the 28 cm- 1 feature reported previously [1]. Thermoreflectance for both the 'slow' and 'fast' cooling of the sample calculated relative to the 26 K reflectance data indicates that the reflectance is temperature dependent, for the slow cooling case only. A low frequency edge in the absolute reflectance is assigned an electronic origin given its strong temperature dependence in the relaxed state. We attribute the peak in the absolute reflectance near 30 cm-1 to a phonon coupled to the electronic background. Both the low frequency edge and the 30 cm-1 feature are noted te shift towards higher frequcncy, upon cntering the superconducting state, by an amount of the order of the expected superconducting energy gap. Kramers-Kronig analysis was carried out to determine the optical conductivity for the slowly cooled sample from the measured reflectance. In order to do so the low frequency data was extrapolated to zero frequency using a Hagen-Ru bens behaviour, and the high frequency data was extended with the data of Cao et al. [2], and Kikuchi et al. [3]. The real part of the optical conductivity exhibits an asymmetric peak at 35 cm-1, and its background at lower frequencies seems to be losing spectral weight with lowering of the temperature, leading us to presume that a narrow peak is forming at even lower frequencies.

Optical properties of organic superconductor K-(BETS)2FeBr4 /

K-(BETS)2FeBr4 is a quasi-2D charge transfer organic metal with interesting electronic and magnetic properties. It undergoes a transition to an antiferromagnetic (AF) state at ambient pressure at the Neel temperature (T^^) = 2.5 K, as well as to a superconducting (SC) state at 1.1 K [1]. The temperature dependence of the electrical resistivity shows a small decrease at T;v indicating the resistivity drops as a result of the onset of the ordering of Fe'*''" spins. A sharp drop in the resistivity at 1.1 K is due to its superconducting transition. The temperature dependence of the susceptibility indicates an antiferromagnetic spin structure with the easy axis parallel to the a-axis. The specific heat at zero-field shows a large peak at about 2.4 K, which corresponds to the antiferromagnetic transition temperature (Tat) and no anomaly is observed around the superconducting transition temperature (1.1 K) demonstrating that the magnetically ordered state is not destroyed by the appearance of another phase transition (the superconducting transition) in the 7r-electron layers [1], [2]. This work presents an investigation of how the low frequency electromagnetic response is affected by the antiferromagnetic and superconducting states, as well as the onset of strong correlation. The location of the easy axis of three samples was determined and polarized thermal reflectance measurements of these «-(BETS)2FeBr4 samples oriented with their vertical axis along the a- and c axes were then carried out using a *He refrigerator cryostat and a Martin-Puplett type polarizing interferometer at various temperatures (T = 0.5 K, 1.4 K. 1.9 K, 2.8 K) above and below the superconducting state and/or antiferromagnetic state. Comparison of the SC state to the normal state along the o- and c-axes indicates a rising thermal reflectance at low frequencies (below 10 cm"' ) which may be a manifestation of the superconducting energy gap. A dip-Hke feature is detected at low frequencies (below 15 cm"') in the thermal reflectance plots which probe the antiferromagnetic state along the two axes, and may be due to the opening of a gap in the excitation spectrum as a result of the antiferromagnetism. In another set of experiments, thermal reflectance measurements carried out along the a- and c-axes at higher temperatures (10 K-80 K) show that the reflectivity decreases with increasing temperature to 60 K (the coherence temperature) above which it increases again. Comparison of the thermal reflectance plots along the a- and c-axes at higher temperatures reveals an anisotropy between these two axes. The Hagen-Rubens thermal reflectance plots corresponding to an average over the ac-plane were calculated using experimental hterature resistivity values. Comparison of the Hagen-Rubens plots with the experimental thermal reflectance along the a- and c-axes indicates that both exhibit the general trend of a decrease in thermal reflectance with increasing frequency, however the calculated Hagen-Rubens thermal reflectance at different temperatures is much lower than the experimental curves.

Far infrared optical properties of V and Cr doped Sb2Te3 /

The far infrared reflectance of Sb2Te3 , Sbi.97Vo.o3Te3 and Sbi.94Cr .o6Te3 was measured near normal incidence at different temperatures (between 45K and 300K). The direct current resistivities of the above samples were also measured between the temperatures of 4K and 300K. Also Kramers Kronig (KK) analyses were performed on the reflectance spectra to obtain the optical conductivities. In the doped samples, it was observed that a phonon at 62cm-1 softens to about 55cm-1 on decreasing the temperature from 295K to 45K. Also, it was observed that the plasma frequency of the doped samples is independent of doping. The scattering rate for the vanadium doped sample was seen to be greater than that for the chromium doped sample despite the fact that vanadium impurity density is less than that of chromium. The Drude-Lorentz model fits to the KK optical conductivity show that the samples used in this work are conventional metals. Definitive measurements of the temperature dependence of the scattering rate across the ferromagnetic transition await equipment changes allowing measurements at low temperature using the mercury cadmium telluride (MCT) detector.