Oxygen diffusion mechanism in La2-xSrxCuO4+δ investigated by single crystal neutron diffraction and oxygen isotope back exchange
Institution:
Rennes 1Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The aim of the thesis was to correlated oxygen disorder and mobility for a series of Sr-doped La2CuO4 phases. From oxygen isotope back exchange experiments, the onset temperature for oxygen back exchange was found to be the same irrespective of Sr doping but the exchange rate is strongly influenced for higher Sr doped single crystals of La1. 90Sr0. 10CuO4 and La1. 85Sr0. 15CuO4. Detailed structural information was obtained at ambient and at high temperature from elastic neutron scattering data performed on La2CuO4 at RESI@FRM II and La1. 95Sr0. 05CuO4 and merohedrically. From least squares refinements with JANA2006 large anisotropic displacements were found for apical oxygen in all doped systems. Maximum entropy method used to understand details concerning apical oxygen disorder for each investigated system at ambient temperature and their role in low temperature oxygen ion diffusion. Nuclear density corresponding to apical oxygen is delocalized for x=0 and x=0. 05 system. But for higher Sr doping (0. 15), nuclear density was localized. This is a clear evidence for dynamic disorder of apical oxygen atom and their role of lattice dynamics in low temperature oxygen diffusion. Complementary measurements performed to determine the anisotropy of the oxygen mobility by using the ¹⁸O/¹⁶O tracer method by secondary ion mass spectroscopy and neutron scattering measurements as a function of Sr doping should also be envisaged to allow a better insight in the diffusion mechanism and pathway as a function of temperature.
Abstract FR:
Le but de cette thèse est de corréler le désordre de l'oxygène apical avec la mobilité de l'oxygène via échange isotopique ¹⁸O/¹⁶O pour une série de composés La2-xSrxCuO4 (x=0, 0. 05, 0. 10, 0. 15). La mise en évidence du désordre des études structurales a été effectuée par diffraction neutronique sur monocristal et traitement de données de diffraction par l'algorithme de la méthode du maximum d'entropie. La croissance cristalline des monocristaux de haute qualité et grande taille a été mené à bien par la méthode de la zone fondue. La croissance cristalline présente une partie importante de cette thèse et nous avons pu obtenir pour toute la série La2-xSrxCuO4 (x=0, 0. 05, 0. 10, 0. 15) des cristaux ayant une longueur de 5 cm minimum avec un diamètre de 6-8 mm. La très bonne qualité cristalline de ces cristaux a été vérifiée par diffraction neutronique sur plusieurs diffractomètres. Une réduction du désordre de l'oxygène apical accompagne le dopage de Sr. Ceci résulte directement des analyses structurales. Ces études structurales ont été complétées par des études d'échange isotopique ¹⁸O/¹⁶O, suivies via thermogravimétrie couplée de spectrométrie de masse, permettant d'obtenir la température à laquelle l'oxygène devient mobile. Dans le même esprit, des études de Raman et de diffusion neutronique peuvent compléter et souligner l'importance de la dynamique du réseau pour tout processus de diffusion de l'oxygène, et surtout pour des températures modérées.