Luận án Tiến sĩ Vật lý: Dị hướng từ và hiện tượng tái định hướng spin trong các hệ vật liệu RFe11 Ti

Chia sẻ: Tri Lễ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:114

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu trình bày các nội dung: Hệ vật liệu RT11Ti, các tính chất chung; lý thuyết mô tả dị hướng từ tinh thể - các nghiên cứu về dị hướng từ và hiện tượng tái định hướng spin trong hệ vật liệu RFe11 Ti; phương pháp thực nghiệm; dị hướng từ và hiện tượng tái định hướng spin trong hệ vật liệu Dy1-xYxFe11T i[49,50,70],... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Vật lý: Dị hướng từ và hiện tượng tái định hướng spin trong các hệ vật liệu RFe11 Ti

MUC LUC Trang Lòi càm on Mcf dau 1 Chaang 1. He vat lieu RTj ^Ti, càc tinh chat chung 9 1.1 Càu truc tinh the 9 1.2 Moment tir 12 1.2.1 Moment tvr3d 12 1.2.2 Moment tir dàt hiem 14 1.2.3 Moment tir ciia hop chat RFe^ ^Ti 15 1.3 Cac Ioai tuong tac trao doi trong vat liéu R F e ^ T i . Nhiét do Curie 15 1.3.1 Mò hình truòng phàn tir ciia càc Ioai tucmg tac trao dói 15 1.3.2 Két qua thirc nghiem ve tuong tac trao dói, nhiet dò Curie 18 trong vat lieu R T y T i x Chuong 2. Ly thuyet mò tà di huótig tir tinh the. Cac nghién cuu ve di 22 hucmg tir va hien tuong tai dinh huóng spin trong he vàt liéu RFeiiTi 2.1 Mò tà hien tugng luan di huóng tir tinh the 22 2.1.1 Nàng lugng di huóng 22 2.1.2 Càc qua trình tir boa 25 2.1.3 Su phu thuòc nhiet dò cùa tir dò 27 2.2 Mò tà vi move di huóng tir cùa càc hop chat R-T 29 2.2.1 Di huóng tir cùa phàn mang 3d 29 2.2.2 Dj huóng tir cùa phàn mang 4f 31 2.2.3 Càc qua trình tir hóa 39 2.2.4 Su phu thuòc nhiet dò cùa tir do . 40
2.3 Càc nghién cuu ve di huóng tir, hien tugng tài dinh huóng spin 43 trong càc vat lieu RFej jTi Chucmg 3. Phucmg phàp thuc nghiem 50 3.1 Tao màu 50 3.1.1 Tao màu khoi 50 3.1.2 Tao màu bòt dinh huóng 50 3.2 He do tir do 54 3.3 Càc phép do 57 3.3.1 Do Mc(T) va Mab(T) (phàn tich tir nhiet). 57 3.3.2 Xàc dinh diém Curie 58 3.3.3 Phép do xàc dinh góc lech cùa phucfng de tir hóa khòi truc tinh the. 58 3.3.4 Do he so' tir hóa dong X^^ 65 Chuong 4. Di huóng tir va hien tuong tài dinh huóng spin trong he vat 67 lieuDyi.xYxFeiiTi Chuong 5. Di huóng tir va hien tircmg tài dinh huóng spin trong he vat 83 lieu Tb^.^Y^Fei j^Ti Chuong 6. Di huóng tir va hien tuong tài dinh huóng spin trong he vat 93 liéu Tbi_xSmxFe]^iTi. Ketluan 103 Tài liéu tham khào ^ 105
MÒDAU QUA TRÌNH NGHIÉN OJU Cué TAO GAG VÀT LIÉU T Ù G I J N G DAT HIÉM - KIM LOAI GHUYÉN TléP. Mot trong càc tinh chat quan trong nhat cùa mot nam chàm vTnh cxiu là già tri tich nàng liidng (BH)niax- Muon co già tri (BH)niax ^^^* ^^^ ^^^^ phài co càc già tri càm ling tu d\i Bj- va lij'c khàng tu H^ cao. Qua trình nghién ciiu tìm tèi càc vat lieu mói dùng làm nam chàm vình ciiu là qua trình di tìm càc vat lieu co Bj- va He cao. Ngoài ra cùng can nói thèm ràng già tri nhiet do trat ti^ tu Curie T^ cùng là mot thòng so quan trong cùa vat lieu. Nam chàm vình ciiu phài duy tri diidc càc tinh chat tu tai nhiet do dù cao de co the làm viec dxidc trong dieu kien thiic te. Già tri BJ- cao sé dat du!dc neu vat lieu co già tri tu do bào hòa Mg lón. Trong khi do diéu kien can de co diidc già tri hic khàng tu cao là vat lieu co di hxióng tu manh. Bàn chat cùa di hu'óng tu co hai Ioai, chia càc vat lieu tu ciing làm hai Ioai, Ioai thii nhat co di hufdng tu du!dc xàc dinh tu di hu'óng hình dang cùa càc hat tao nén khoi nam chàm, Ioai thii hai bao gòm càc nam chàm vói ìxic khàng tu tao bdi di hi^óng tu tinh the cùa vat lieu. Viec phàt hien ra càc hdp kim R-T dat hiem-kim Ioai chuyén tiep là mot bu'óc ngoat lón trong lich sii phàt trién càc nam chàm vình ciiu. Ó càc nam chàm Ioai R-T, dà ket hdp du'dc nhùng tinh chat qui bau cùa cà dat hiem va kim Ioai chuyén tiep. Do là già tri moment tu cao cùa càc p h à n mang R va T, tu'dng tac trao dói manh trong p h à n mang T. Càc tinh chat do dàm bào dièu kien dat du'dc già tri Mg va Te cao. Dac biet quan trong càc hdp kim R-T thu'dng co di hu'óng tu tinh the lón ma chù yéu do dóng góp cùa phàn mang dat hiem.
Trong nhùng nam 60, càc hdp kim RC05 dà du'dc nghién ciiu va dUa den ket qua là nam chàm dat hiem-kim Ioai chuyén tiep dau tién SmGo5 dà du'dc che tao vói già tri tich nàng tu'dng (BMjj^ax^^^ MGOe [60]. Nhàm muc dich giàm già thành, ngu'di ta dà cho ra ddi Ioai nam chàm co thành p h à n hòn hdp Sm(Go,Gu,Fe,Zr)7_8. Trong Ioai vat lieu này, Co dà du'dc thay the mot p h à n càc nguyén tó khàc (chù yeu là Fé) den miic tòi da cho phép (15%) [43]. Càc nghién cùu càc hdp kim R-Fe cùng dà du'dc thxic hien dòng thdi vói sii phàt trién cùa nam chàm Sm-Co. Càc nam chàm Ioai R-Fe du'dc che tao thành còng sé co y nghìa kinh té rat lón bdi vi già thành Sm va Co deu rat cao. Tuy nhién, khòng tòn tai hdp kim R- Fe nào vói càu truc CaCu5. Hdp kim R-Fe chi tòn tai vói càu truc dòng dang vói R2C017 (Th2Ni]^7 hoac Th2Zni7). Nhu'ng trong càc hdp chat R2Fei7, nhiet do Curie rat thàp va di hu'óng là mat phàng day. Rat nhieu co gang dà du^dc thij'c hien nham che tao Ioai nam chàm 2:17 giàu sat nhvfng cuòi cùng vàn khòng dat du'dc sii thành còng nào [7]. Thdi gian gàn day, mot so tàc già [28,39] de xuàt khà nàng che tao Ioai vat liéu (R,R')2 (Fé,Co) 17 trén ed sd sii dung khà nàng chiem chò vtu tién cùa hai vi tri dàt hiem trong càu truc Th2Nii7 de dat du!dc di hiJÓng ddn truc tu phàn mang (Fé,Co), khii di hu'óng mat phàng day. Ve mat ly thuyet, tich nàng tu'dng co the dat tói già tri 62 MGOe. Theo mot chieu hu'óng khàc, càc nhà nghién ciiu di tìm càc hdp kim R-Fe. co sii tham già cùa mot nguyén tó thii ha dóng vai trò òn dinh pha. Nam 1979 Chaban va còng su' [13] phàt hien su' tòn tai cùa mot pha giàu Fé trong he ha nguyén Nd-Fe-B. IVIài den nam 1984 Ioai vat liéu Nd-Fe-B mói thxic s\i dxidc phàt hien nhii mot Ioai nam chàm vình ciiu bdi Sagawa va còng sxi [55]. No co càu truc tinh the tii giàc vói thành phàn 2-
hdp thiic Nd2Fex4B. Tich nàng lu'dng cxic dai (BH)jnax *^^^ ^ ^ ^ chàm Nd2Fei4B co the' lón hdn 40 MGOe. Loai vat liéu này co hai dac tinh quan trong, tnJÓc het kim loai chuyén tiep d day là Fé, ma già thành cùa Fé rè hdn nhieu so vói Co, thii hai là càu truc tinh the cùa vat lieu dà du'a den he qua là Nd va Pr chù khòng phài Sm co di hu'óng ddn truc. Su' phàt hien ra loai nam chàm Nd2Fei4 B khòng chi co y nghia ùng dung ma con thùc day càc nghién ciiu ed bàn nhàm tìm ra càc hdp kim R-T giàu sat khàc co khà nàng dùng làm nam chàm vình ciiu [15,8,9]. Trong vat liéu R2Fe]^4B, boron co the du'dc thay the bdi carbon, tao nén he hdp chat R2Fei4C [3]. Cùng ho càu truc 2:14:1, con co mot he vat liéu thù ba, he R2C014B. Ben canh u'u diém chình là nhiet dò Curie rat cao, he so nhiet dò nhò, he vàt liéu R2Co]^4B co nhu'dc diém là tniòng di hu'óng H^ •> giàm nhanh khi nhiet dò tàng. Ci nhiet dò thàp vói càc dàt hiem nhat dinh, di hu'óng cùa phàn mang dàt hiem là ddn truc co vai trò quyet dinh. Tai nhiet dò cao, di hu!Óng mat phàng day cùa Co lai trd nén quan trong, dà làm giàm nhanh di hu'óng tòng còng. Trong thij'c te ngu'di ta thu'dng pha tron Fé va Co theo ti le thich hdp de tao nén nam chàm co p h a m chat tòi u'u phù hdp vói yéu càu sii dung. Mot loai vat liéu khàc cùng du'dc quan tàm nghién cùu, do là càc hdp chat R2F6l7Cx- CJ loai vat liéu này, càc nguyén tu carbon du!dc du'a vào theo Cd che dièn kè giùa càc vi tri 9e cuà càu truc Th2Zni7. Nhiet do Curie tàng manh theo nòng dò carbon, dat tói hdn 500 K khi x > 1 [26]. Tù càc nghién ciiu Mòssbauer, nhieu tàc già [25] cho thày già tri tuyét dòi cuà he so tnióng tinh the bàc hai A2^, lién quan den di hu'óng tù tinh the cùng dà tàng dàng ké, dat den già tri A2^ = -710Kao"^ trong tru'dng hdp Gd2Fei7Cx [34]. Hiéu ùng này, cùng vói sxi tàng manh cùa -3
nhiét dò Curie gay bdi carbon dà làm cho vàt liéu R2Fei7Cx trd nén co khà nàng ùng dung nhu' mot vàt liéu tù cùng. Dac biet thdi gian gàn day, nhieu nhóm nghién cùu trén the giói dà tap trung nghién cùu càc hdp kim dàt hiem kim loai chuyén tiep loai R(TM)i2 trong dò, dàng quan tàm hdn cà là loai vat lieu RT^^Ti. VÀI NET QUA TRÌNH NGHIÉN CljfU HE VAT LIÉU R(TM) 12 CR = DAT H I É M ; T = KIM LOAI CHUYÉN TlÉP ; M = CÀC KIM LOAI KHÀC ) Càc hdp chat he R(TM)i2 co càu trùc tinh thè' loai ThMni2 (hình 1.1), dò là mang tù giàc tàm khoi vói nhóm khòng gian I4/mmm. Càc nguyén tù Thorium chi chiem mot vi tri 2a; càc nguyén tù manganese chiem ba vi tri 8f, 8i, 8j. Ngay tù nhùng nàm 60, càc hdp kim dàt hiem kim loai chuyén tiep vói càu truc ThMnx2 dà du'dc nghién cùu, vi du Krichmayr (1966) [36] nghién cùu càc tinh chat tù cùa càc hdp chat RMnx2- ^^^ nhùng nàm 70, mot so tàc già nghién cùu càc tinh chat tù cùa càc hdp chat RFe4Al3 [3,8,17]. Dàu nhùng nàm 80, còng viec này du'dc tiep tue bdi Felner va còng su: trén he RT5AI5 va RT5AI7 (1980) [18,19] (T=Cr,Mn,Fe,Cu). Gàn day, Wang va còng sxi (1988) [64] dà md rong giói han thành p h à n cùa Fé lén den x = 10 trong hdp chat GdFexAl]^2-x bang ky thuàt p h u n màng va nhiét dò Curie dà di^dc nàng lén den già tri xàp xi 500 K so vói 345 K cùa GdFe^Als. Mac dù hdp chat RFei2 khòng tòn tai nhu'ng mot so càc tàc già nhu' de Mooij va Buschow [44], de Boer va càc còng sxi [4], Buschow va còng su' [9] dà thòng bào rang càc hdp chat RFei2-xMx co the du'dc òn dinh khi x > 1 vói M = Ti, V, Cr, Mo, W va Si de tao nén càc hgfp chat trung gian vói càu truc ThMn]^2' Nhiét dò Curie cùa càc hdp chat này thu'dng lón hdn 500 K, riéng tru'dng hdp Gd dat -4
den 600 K. Khi thay the mot phàn sat bdi cobalt, hiéu ùng chù yeu là nhiét dò Curie tàng manh theo nòng dò cobalt. Trong càc hdp chat RFe]^2-xMx' di hu'óng cùa phàn mang sàt là ddn truc [4]. He so tru'dng tinh thè' bàc hai A2^ tai vi tri 2a cùa càc nguyén tù dàt hiem co già tri àm [9], dò lón già tri tuyét dòi cùa nò nhò hdn so vói càc hdp chat RC05 va R2Fei4B. Dieu này cho thày càc dàt hiem Sm, Er, Tm va Yb vói he so Stevens bàc hai aj du'dng là co dóng góp di hu'óng ddn truc . Trong he vat liéu RTi2Mx, càc hdp chat loai R T n T i dxidc quan tàm hdn cà bdi vi Ti là nguyén tò co khà nàng dóng vai trò òn dinh pha càu truc vói ty le thàp nhàt, mot nguyén tù trong mot ddn vi còng thùc. Trong khi do mòi ddn vi còng thùc càn ìt nhàt 1,5 nguyén tù càc nguyén te V, Cr, Mo, W va Si. Dieu này co y nghla dàm bào già tri moment tù bào hòa it bi giàm bdi sxi pha loàng cùa càc nguyén tò khòng tù. Nhii dà nói d trén, trong càc dàt hiem nhe, chi co Sm co dóng góp di hu'óng ddn truc, do vày trong ho vat liéu RT^^Ti cùng chi co SruFe^^Ti thùc sij' co thè' du'dc su dung de che tao nam chàm vTnh cùu. Vàn de khó khan cùa còng nghe che tao nam chàm tù loai vat lieu SmFej^iTi là làm sao dat diJdc l^c khàng tù lón. Thu'dng phàp làm nguòi nhanh dà du!dc càc nhà che tao su dung. Noi dung cùa phu'dng phàp nhu! sau: ngu'di ta p h u n hdp kim dà du'dc nàu chày lén thành m.ot trong làm lanh dang quay nhanh quanh mot truc. San pham thu du!dc là càc dai bang rat mòng. Càc dai bang này co the du'dc xù ly nhiét tixidc khi dem che tao thành càc nam chàm ket dinh. Già tri lu'c khàng tù phu thuòc vào vat liéu ban dàu va càc dieu kien còng nghe khàc nbu* toc dò quay cùa trong, àp suàt phun, thdi gian, nhiét dò xù ly nhiet v.v... Sun va còng su [62] dà dat du'dc già tri cao nhàt cùa ìxic khàng tù H^ = 0,56 T tù nguyén liéu -5-
hdp thùc SmFeiiTi. Trong thi^c te, khi dàt trong tàm nàng cao ìxic khàng tù, mot so tàc già dà xuàt phàt tù nguyén liéu khòng hdp thùc. Nhieu tàc già cùng dà su dung còng nghe nitdrit hoà hoac carbon hóa de tao nén càc vat lieu loai RFe^iTiNx hoac RFenTiCx- Bang càch do nhiét dò Curie dà du'dc tàng lén dàng ké. DÓI Tt/dNG CÙA LUÀN ÀN. Nhìn vào qua trình nghién cùu, che tao càc nam chàm dàt hiem- kim loai chuyén tiep chùng ta thày do là mot qua trình phàt trién rat nhanh chóng, trong do càc nghién cùu ed bàn dà dóng mot vai trò vò cùng quan trong. Nghién cùu ed bàn dà cung càp nhùng thòng tin hiéu biet quy bau, giùp cho càc nhà còng nghe dinh hu'óng tìm tòi càc vat liéu mói. Càc nghién cùu ed bàn con du!dc thiic hien rat ty mi ngay cà trén càc loai vat liéu dà du^dc tìm ra, qua do càc nhà khoa hoc dà làm giàu thém kho tàng kien thùc ve vat lieu. Càc ed che vi mò lién quan den càc tinh chat cùa vàt liéu du'dc dac biet quan tàm, chùng giùp cho viec cài tien còng nghe, nàng cao chat liidng, giàm già thành san pham. Tnidng hdp loai vat liéu R2Fex4B là mot vi du dién hình, tù khi du'dc phàt hien ra nàm 1984, loai vat liéu này trd thành dòi tu'dng nghién cùu cùa rat nhieu nhà khoa hoc trén the giói, cho den nay dà co hàng nghìn còng trình nghién cùu dà dxidc còng bò. Loai vàt lieu RT^^Ti cùng là mot loai vàt liéu dàng quan tàm. Nò co nhiJng dac tinh cùa mot vat liéu tù cùng. Ve mat nghién cùu ed bàn, vàt liéu RTiiTi cùng là mot dòi tu'dng hàp dàn. Càc bài toàn khào sàt dóng góp cùa p h à n mang dàt hiem co the co do tin cay cao do dàt hiem chi chiem mot vi tri tinh the. Do co he so tnidng tinh thè' bàc hai A2O àm vói
già tri tuyét dòi khòng cao, trong nhieu tnidng hdp ngu'di ta quan sàt thày hien tu'dng tài dinh hu'óng spin xày ra do sxi canh tranh di hu'óng giùa hai phàn mang dàt hiem va kim loai chuyén tiep. Hien tu'dng tài dinh hu'óng spin nhxi se thày sau này là mot dieu kien thuàn Idi tinh toàn càc thòng so vi mò mò tà vàt lieu. Tuy nhién, loai vat liéu RFei^^Ti con là mot vàt liéu rat mói, cho den nay so lu'dng càc còng trình lién quan den loai vàt liéu này con rat han che. Tham chi mot so thòng tin con dang trong trang thài khòng thòng nhàt giùa càc nhóm tàc già. Tòi bàt dàu thxic hien chiidng trình nghién cùu sinh dùng vào thdi diém loai vat liéu R T ^ T i du'dc phàt hien. Phòng thi nghiem Vat ly Nhiet do thàp dà nhan thày càc nghién cùu ve vàt lieu này là rat càn thiet de mot mat hòa nhip càc hoat dòng khoa hoc trén the giói, mat khàc chuàn bi kien thùc cho còng nghe che tao sau này. Càc yeu tò nói trén dà dàt vàn de cho tòi dxidi sxi giùp dd cùa càc giào vién hu'óng dàn chon R T ^ T i làm dòi tu'dng cùa luan àn. Luàn àn du'dc thùc hien tai Phòng thi nghiem Vàt ly Nhiét do thàp, Dai hoc Tòng hdp Ha nói. Trong pham vi khà nàng ve thiet bi cùa phòng thi nghiem, chùng tòi khòng khào sàt tàt cà càc tinh chat cùa vàt liéu ma tap trung nghién cùu ve di hxióng tù va hien tu'dng lién quan mat thiet vói nò, hien tu'dng tài dinh hu'óng spin. Cu the ba he màu dà du'dc che tao va nghién cùu: Tbi-xYxFenTi Dyi-xYxFeuTi TbixSmxFeiiTi d day Dy va Tb co di hxióng àm. Khi thay the mot p h à n Dy (hoac Tb) bdi mot dàt hiem khàc khòng tù (Y) hoac co di hu'óng diidng (Sm), di hu'óng cùa vàt liéu sé thay dòi dàn den sxi thay dòi cùa hien tu'dng tài
dinh hxióng spin. Trén ed sd càc phép do tù dò, he so tù hóa dòng thij'c hien trén càc màu khòi va màu già ddn tinh thè, chùng tòi khào sàt nhùng sxi thay dói do. Càc mò hình ly thuyet mò tà di hxióng tù dà du'dc àp dung de ly giài càc ket qua thxic nghiem. Bang càc qua trình làm khóp giùa càc ket qua thùc nghiem va tinh toàn, chùng tòi dà rùt ra càc thòng so vi mò mò tà vàt liéu. Ngoài p h à n md dàu va ket luan, bàn luàn àn gòm 6 chu!dng, 10 hình ve, 22 dò thi, 7 bang biéu va 74 tài liéu tham khào. 8-
CHtfdNG 1: HE VÀT UÉU RTuTi, CÀC TINH CHAT CHUNG 1.1. CAU TRÙC TINH THÈ Càc nghién cùu nhiéu xa tia X va nhiéu xa ndtron dà cho thay càc hdp chat loai R(TM)i2 ^ói chung hay loai RTex^Ti nói riéng co càu trùc tinh the' loai ThMni2- ^ ^ ^ ^ ^ ^ ThMn]^2 diidc trình bay trong hình 1.1 là càu trùc tù giàc vói nhóm khòng gian I4/mmm va Z = 2. Bang 1.1 là càc ket qua thxic nghiem va tinh toàn ve góc va cu'dng dò nhiéu xa tia X cùa hdp chat GdFe]^o^2' do càc tàc già de Mooij va còng sxi dvta ra [45]. Su' chiem vi tri tinh the cùa càc nguyén tù dà du'dc mot so nhóm tàc già thu:c hien, (Helmhold va Buschow trén he RFeioV2 (R=Y,Tb,Er) [27], Moze va còng sij' trén vàt liéu YFej^^Ti [47]). Càc ket qua cho thày càc nguyén tù dàt hiem chiem vi tri 2a cùa Th, vi tri co tinh dòi xùng cao nhàt, 4 / m m m . Trong khi dò càc nguyén tò kim loai chuyén tiep p h à n bò tai ba vi tri cùa Mn, 8f, 8i, 8j. Càc nguyén tù sàt hàu nhu' chiem hoàn toàn hai vi tri 8f va 8j, con vi tri 8i co su phàn bò cùa cà hai loai nguyén tù Fé va IVI (d day là V hoac Ti). Trong vàt liéu YFe^j^Ti, khoàng càch giùa càc nguyén tù sat làn can thay dòi tù 2,4 A dòi vói 8f - 8f den 2,97 A dòi vói 8i -8i [47]. Sò liidng càc vi tri làn can là (0; 8; 4; 8) dòi vói vi tri 2a, (2; 2; 4; 4) dòi vói 8f va (1; 4; 5; 4) dòi vói 8i. Ò day càc chù sò trong ngoàc thù tu' the hien càc vi tri làn càn 2a, 8f, 8i, 8j [29] .Càc ket qua quan sàt dxidc ve do chiem chò trong he vàt lieu RFe]^2-xMx du'dng nhu' khó du'dc giài
02a € 8f ® 8Ì © 8i Hình 1.1: Cau trùc tinh thè hai ThMniz- 10-
Thytc nghi ém Tinh toàn e J h k 1 e I 10, 59 9,4 1 0 1 10, 58 8, 5 14, 65 7,5 2 2 0 14, 65 3,0 14,85 23,1 2 1 1 14, 86 20,2 16, 44 14,0 3 1 0 16, 43 16,5 18, 21 72, 0 3 0 1 18, 22 72,3 18,70 28, 0 0 0 2 18,71 25,2 20, 96 64,5 4 0 0 20, 96 65,3 21, 08 110, 5 3 2 1 21, 11 116, 2 21,55 92, 0 2 0 2 21, 55 82, 3 22, 32 19,7 3 3 0 22, 30 15, 8 23,57 21, 0 4 2 0 23,58 19, 2 23,7:, 21, 0 4 1 1 23,71 21,0 24, 12 35, 0 4 2 2 24,11 34,0 25,32 10,2 3 1 2 25,32 9,9 28, 37 6,7 5 0 1 •" 28, 37 2,9 29, 81 13,3 3 3 2 29, 80 15, 5 30, 48 6, 6 5 2 1 30,51 7,3 30,84 7,2 4 2 2 30, 85 7,7 31, 45 17, 0 5 3 0 31, 44 12, 6 33,42 11,4 3 0 3 33, 43 12, 3 33,89 6,7 5 1 2 33, 89 5,1 35, 40 24,2 3 2 3 35, 40 24, 4 37,75 14,5 5 3 2 37,76 14, 9 38, 40 31, 0 6 3 1 38, 40 29, 9 38, 65 29, 0 6 0 2 38, 70 2 5., 2 39, 90 13,4 0 0 4 39, 91 10, 8 Bang 1.1: Càc ket qua thitc nghiem va tinh toàn ve góc va citòng dò nhiéu xa tia X cùa hdp chat GdFejoV2 [45]. 11
thich dxiB. vào kich thxióc nguyén tù. Khoàng càch R-T ngàn nhàt là giùa vi tri 2a va càc vi tri 8i, mat khàc bàn kinh nguyén tù cùa càc nguyén tù M ìdn hdn dàng ké so vói bàn kinh nguyén tù cùa Fé. TÙ hai dieu kien trén, vi tri 8i le ra phài là vi tri khòng thuàn Idi nhàt cho càc nguyén tù M. Chùng ta chi co thè giài thich du'dc sxi chiem vi tri 8i cùa càc nguyén tù IVI neu cho ràng khoàng càch giùa càc nguyén tù kim loai chuyén tiep dóng vai trò quyet dinh. That vày, khoàng càch trung bình T-T, tinh tù càc vi tri 8i là Idn. Dò chiem chò u!u tién vi tri 8i cùa càc nguyén tù IVI con co thè du'dc giài thich bang hiéu ùng enthanpy, tue là hiéu ùng thu (tòa) nhiet khi tao thành hdp chat, lién quan den tu'dng tàc Culong giùa càc ion. Ta biet ràng, he tu'dng tàc giùa d'^t hiem va càc kim loai IVI là ìxic day, nhiét lu'dng tao hdp chat là du'dng. Nhiét liidng này thàp nhàt khi càc nguyén tù M chiem vi tri 8i do d vi tri này, su' lién ket giùa càc nguyén tù IVI va dàt hiem là nhò nhàt. 1.2 MOMENT TÙ 1.2.1. Moment tù 3d Moment tù cùa kim loai 3d phu thuòc mot càch phùc tap vào mat dò dinh xù cùa càc trang thài dién tù, phàn ành bàn chat, sò lu'dng, khoàng càch va càu hình khòng gian cùa càc nguyén tù làn can. Moment tù trung bình cùa phàn mang 3d trong mot hdp chat R-T nào dò co the du'dc xàc dinh tù càc phép do tù dò cùa càc hdp chat vdi R là dàt hiem khòng tù. bao gòm cà Y. Càc phép do tù dò trén he YFei2-xMx cho thày m o m e n t tù phàn mang 3d giàm nhanh theo nòng dò x tàng. Ò - 12-
Ms(tlB/F.U) BA(T) R a (A) C(À) Tc(K) 4.2 K 290 K 4.2 K 290 K Y 8, 51 4, 78 524 19.0 16.6(2 4.0 2.0 Nd 8, 56 4,78 547 ) Sm 8,54 4,78 584 16. 8 10.5 Gd 8, 50 4,77 607 17.1 Tb 8, 51 4,77 554 9.7 12.5 Dy 8, 48 4,77 534 9.7 10.6 2.3 Ho 8, 47 4,77 520 11.3 Er 8, 46 4,77 505 9.2 8.3 3.6 Tm 8, 46 4,77 , 496 12.4 Lu 8, 46 4,77 488 2.2 15.7 Bang 1.2: Tóng két càc so lieu ve tinh thè hoc va mot so tinh chat tù ed bàn cùa càc hdp chat RFejjTi, diidc difa ra bài Hu va cgng su' [29]. hdp chat YFeiiTi, do nòng do nguyén tù Ti giàm den 1, do dò già tri moment tù bào hòa dat den già tri |j.s = 19 ng/f.u. Sii p h u thuòc thành p h à n cùa moment tù cùa càc nguyén tù 3d cùa hai hdp chat Y(Fe]^. xCox)iiTi va Y(Fei.xNix)iiTi dà diidc nghién cùu bdi Yang va còng su [65]. Ket qua cho thày d cà hai tru'dng hdp, du'dng cong M-3d(x) dat cu'c dai tai x - 0,28 dòi vdi Co va x = 0,07 dòi vdi Ni. Hien tu'dng này co the diigfc giài thich bang càu truc vùng 3d. Theo du'dng Slater-Pauling, co sxi giao nhau giùa sàt tù yeu va sàt tù manh trong hdp kim hai nguyén Fe]^. xCox va Fei_xNix khi ^àng x. 13
De tinh toàn moment tù cùa càc kim loai chuyén tiep 3d, ngu'di ta thu!dng su dung mò hình hóa tri tù. Mò hình này bò qua càc chi tiet ve mòi tnidng tinh thè hoc, d\idc thxic hien trén càc vat liéu sàt tù manh ma tinh chat xàc dinh cùa no là càc vùng 3d spin-up hoàn toàn trén hoac du'di m ù c Fermi. Cho den nay, phiidng phàp này dà khà thành còng khi giài thich sxi phu thuòc thành p h à n cùa càc moment tù trong nhieu hdp kim hai nguyén, trong do co hdp kim lién kim loai R-T. Khi àp dung mò hình này cho YTe^Ti, già tri mò ment tù quan sàt du'dc khà thàp hdn so vdi tinh toàn, cho thày YTe^iTi là chat sàt tù yeu. Tuy nhién, khi thay the mot phàn Fé bdi Co, già tri mò ment thiic nghiem tien dàn den cùng càc già tri tinh toàn cho mot sàt tù manh. 1.2.2 Moment tùf dàt hiem Moment tù cùa càc ion dàt hiem co nguòn gòc Idp vò dién tù 4f khòng day. Càc dién tù 4f co tinh dinh xù cao do bi che chàn bdi càc Idp vò ngoài. Tu'dng tàc spin-qul dao giùa càc dién tù là tu'dng tàc manh nhàt dòi vdi càc dién tù cùa mot ion dàt hiem trong hdp chat R-T, nò tao càp càc spin sj va mò men qui dao ì[ cùa càc dién tù riéng biet, du'a tdi nguyén ly Hund S = S ^ a x = S sj, L = Lj^ax = ^ li- Cùng tù nguyén ly Hund, moment tù tòng còng J co già tri S = L - S dòi vdi càc dàt hiem nhe, J = L + S dòi vdi càc dàt hiem nàng. Moment tù cùa càc ion dàt hiem, khàc vdi càc kim loai chuyé'n tiep, co dóng góp tù cà moment spin va m o m e n t qui dao. ML ='MB^ ( 1 . 1 . a) Ms-~ '^^B^ ( 1 . 1 . b} [^ = I^L+f^s =-[^BÌL + 2S) {1.2.a) Trong tru'dng hdp J khòng suy bien - 14-
[i=-gjf^BJ (1.2.bl trong do gj= ^ ^^ ^^ (1-3) *' 27(7+1) là thùa sò Lande. 1.2.3 Moment tù cùa hdp chat R F e n T i TÙ càc phép do tù dò d nhiét dò thàp cùa càc vat liéu he RFe^^Ti, ngu'di ta co the ket luan ràng si^ tao càp giùa càc moment dàt hiem va moment 3d là dòi song dòi vdi càc dàt hiem nàng va song song dòi vdi càc nguyén tò dàt hiem nhe, co nghià là su' tao càp giùa càc spin dàt hiem va kim loai chuyén tiep là dòi song. Hu va càc còng su' dà tòng ket càc sò lieu ve tinh the hoc va mot sò tinh chat tù ed bàn cùa càc hdp chat RFe^^Ti [29], ket qua dxidc du'a ra trong bang 1.2. 1.3. CAC LOAI TtfdNG TAC TRAO DÓI TRONG VAT UÉU RFenTL NHIÉT DÒ CURIE 1.3.1 Mò hình tnfdng phàn tù cùa càc Ioai txióng tac trao dòi. Khi khào sàt tu'dng tàc trao dòi trong mot chat ràn, chùng ta thiidng già thiet càc spin dinh xù d mòi ion va dùng mò hình trao dòi Heisenbeg de mò tà. Theo mò hình này Hamiltonian trao dòi du'dc viet du'di dang : Viec lày tòng du'dc thiic hien vdi tàt cà càc ion tù trong mang, Jjj là tich p h à n trao dòi giùa càc ion thù i va thù j va SJQ*) là spin tòng cùa ion tai vi tri i(j). Phép gàn dùng tru'dng phàn tù là sxi thay the tàt cà càc mò ment 15
spin (trù vi tri thù i) bang già tri trung bình cùa nò. Trong he R-T, xày ra ba loai tu'dng tàc T-T, R-T va R-R. Goi tich phàn trao dòi trung bình cùa càc ti^dng tàc trao dòi T-T, R-T, va R-R làn ìxidt là ]YY> JRT ^à JRR, chùng ta co the tàch riéng 3 sò hang. Hamiltonian (1.4) co the du'dc viet nhii sau: T r R T R R' Trong thij'c te de thuàn tién ngu'di ta su dung moment tù cùa nguyén tù thay vi su dung moment spin. Goi sò nguyén t ù kim loai chuyén tiep va dàt hiem trong mot ò mang là N j va NR, m ò ment t ù mòi phàn mang cùa mot ò mang là: A/y. = Nj. - -2NJ.JUQ ( 1 . 6a} ^R =^R =-gj^R^B fl-6b) The 1.6a, 1.6b va 1.5, chùng ta co Hamiltonian tiidng tàc trao dòi cho mot ò mang : r R R Ò day phép lày tòng dùdc thùc hien trong toàn ò mang. Càc sò hang Bxr^^, BRX^^> ^ R R ^ ^ du'dc goi là càc tru'dng p h à n tù, chùng lién he vdi mò ment tù càc phàn mang bdi càc biéu thùc B^ - n^Mjj (1.8a) B^j =-Yn^j.Mj (1.8b} Ódày r-'-^S^ s. 16-
va nxT' riRT ^^ ^RR ^ti'dc goi là càc he sò tnfdng trao dòi, chùng lién he vdi càc tich phàn trao dòi bdi càc biéu thùc «7T ^~ì (l.lOa I:A. i-^o Oboe "RT _ J ^j N.^W/^3 i {1.lOb) ^KB _ "^ RR "RR l.lOc, Thòng thuidng IxT > ^'^ JRT "^ ^'y JRR < ^I ^^ ^ho càc he sò tnidng trao dòi du'dng, dàu trù xuàt hien trong càc biéu thùc lién he giù'a nj^x va JRT, giùa NRR va JRR. Tu!dng tàc R-T trong phiidng trình 1.7 co the viet theo càch khàc Y.[^R^RT=Y.^T^^ ••" (1-11) R T vói B^ =-rf^TR^R ÌPTR =^RT) (1-12) Già tri y = 2(gj-l)/g the hien mòi quan he moment spin va moment qui dao cùa m o t ion dàt hiem. Cd che tao càp càc moment tù cùa tiidng tàc R-T p h u thuòc già tri y; JIR song song vdi |j.j dòi vdi dàt hiem nhe (y < 0) va jiR p h à n song song vdi ji-j dòi vdi dàt hie m nàng (y > 0). Cd che này cùng dà du'dc néu lén tù càc ket qua thiic nghiem do moment t ù bào hòa cùa he vat liéu RFei^Ti (muc 1.2.3). Dxia vào dinh luat Curie, ngu'di ta dà xày dving du'dc mòi lién he giùa nhiet dò Curie va càc hàng sò tu'dng tàc trao dòi T^=l[T,^T,^^(T,^T,y+4T,,] 1.13 17- ...:;r:^.. I r«;
Ò day T j , T R va TRX thè' hien sxi dóng góp cùa càc tttdng tàc T-T, R-R, R- T va chùng dxidc tinh bdi càc biéu thùc Tj. = Hj^Cj. ( 1 . 14a) ^r ^V'^^RRCR (1.14b) '^RT ^ f^lrCnC, (1.14C) trong dò 4N,gjJiJ.Ì)Ml 3k, là càc hàng sò Curie, 2[S*(S*+l)]^/2^g là mò ment tù hiéu dung cùa mot nguyén tÙT trong trang thài thuàn tù. Doi vdi mot he vat liéu R-T, n j j co the du'dc xàc dinh tù vat lieu dòng càu trùc trong dò dàt hiem là khòng tù, tu'dng tu' URR CO the du'dc xàc dinh tù vat liéu dòng càu trùc trong dò kim loai chuyén tiep là khòng tù. Do tifdng tàc R-R rat yeu, URR thu'dng du'dc bò qua. Tù càc già tri dà biet cùa n x x va URR, ta co the xàc dinh du'dc n R j theo còng thùc nj^j=- , (1.16 1.3.2 Ket qua thiic nghiem ve tiidng tàc trao dói, nhiét dò Curie trong vat Ueu RTuTix- Tifffng tàc R-R Khàc vdi he R2T14B khòng tòn tai hdp chat ma d dò T là khòng tù. trong he KIi2y co rat nhieu hdp chat vdi T là kim loai khòng tù nbu* RZn]^2' 18-