zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Cấu trúc và tính chất từ của các mẫu hạt nano Y3-xGdxFe5O12

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:56

Báo xấu

67
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn: Nghiên cứu cấu trúc tinh thể và tính chất từ của hạt nano pherit ganet Y3-xGdxFe5O12 (x =0; 1; 1,5; 2; 2,5; 3) chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Từ đó làm rõ ảnh hưởng của sự pha tạp Gd lên cấu trúc tinh thể và tính chất từ của vật liệu cụ thể như: hằng số mạng, kích thước hạt, mômen từ, nhiệt độ Curi và nhiệt độ bù trừ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Cấu trúc và tính chất từ của các mẫu hạt nano Y3-xGdxFe5O12

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Xuân Hoàng CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA CÁC MẪU HẠT NANO Y3xGdxFe5O12 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Xuân Hoàng CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA CÁC MẪU HẠT NANO Y3xGdxFe5O12 Chuyên ngành: Vật lý nhiệt Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Phúc Dương GS.TS. Lưu Tuấn Tài Hà Nội 2015
Luận văn thạc sĩ khoa học MỞ ĐẦU Công nghệ nano là một trong những công nghệ tiên tiến bậc nhất hiện nay. Vật liệu nano đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống như y học, điện tử, may mặc, thực phẩm v.v... và vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu để tìm ra những ứng dụng mới. Trong số đó vật liệu nano từ đặc biệt là các hệ hạt pherit rất thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước cả về các tính chất cơ bản cũng như các khả năng ứng dụng của vật liêu. Khi đạt kích thước nanomet, các vật liệu này có những tính chất đặc biệt và ưu việt hơn so với vật liệu khối. Vật liệu pherit ganet có 3 phân mạng từ trong đó phân mạng tạo bởi các ion đất hiếm (phân mạng c) có mômen từ đối song với hiệu mômen từ của hai phân mạng ion Fe( 2 phân mạng a và d). Tương tác giữa các ion trong các phân mạng quyết định tính chất từ của vật liệu. Sự phụ thuộc khác nhau theo nhiệt độ của mômen từ của các phân mạng trong pherit ganet dẫn đến hiện tượng triệt tiêu mômen từ tổng của các hợp chất này tại một nhiệt độ xác định (nhiệt độ bù trừ) dưới nhiệt độ Curie. Vật liệu pherit ganet có điện trở suất cao, tổn thất điện môi và dòng dò thấp, độ ổn định hóa học cao. Vật liệu này được biết đến với nhiều ứng dụng trong thực tế như chế tạo linh kiện cao tần, linh kiện truyền dẫn tín hiệu, dẫn truyền thuốc, nhiệt trị ung thư, ứng dụng để tổng hợp ra chất lỏng từ và sử dụng rộng rãi trong công nghệ ghi từ mật độ cao[2028]… Mỗi ứng dụng yêu cầu các hạt nano từ tính phải có những tính chất khác nhau. Để thay đổi các tính chất điện, tính chất từ và cấu trúc của mẫu pherit ganet nguyên chất, có thể lựa chọn công nghệ chế tạo mẫu phù hợp hay tiến hành pha tạp các ion phi từ tính hay có từ tính vào trong pherit ganet ta có thể chế tạo được các vật liệu pherit có tính chất như mong muốn. Trần Xuân Hoàng 1
Luận văn thạc sĩ khoa học Vật liệu Ytri ganet sắt chỉ có hai phân mạng từ do Ytri là nguyên tố không có từ tính. Cho nên tính chất từ được quyết định bởi tương tác giữa các ion Fe trong hai phân mạng a và d. Trong khi đó đối với vật liệu ganet sắt với các nguyên tố đất hiếm khác thì phân mạng đất hiếm có từ tính và do vậy xuất hiện thêm tương tác từ của mômen từ trong các phân mạng c. Để làm sáng tỏ cơ chế đóng góp vào từ độ và các tham số từ khác của các ganet chứa đất hiếm, luận văn này được chọn đề tài “ Cấu trúc và tính chất từ của các mẫu hạt nano Y 3 GdxFe5O12” x Đối tượng nghiên cứu của luận văn: Các mẫu hạt nano pherit ganet Y3 GdxFe5O12 (x =0; 1; 1,5; 2; 2,5; 3) được tổng hợp bằng phương pháp solgel. x Mục tiêu nghiên cứu của luận văn: Nghiên cứu cấu trúc tinh thể và tính chất từ của hạt nano pherit ganet Y 3xGdxFe5O12 (x =0; 1; 1,5; 2; 2,5; 3) chế tạo bằng phương pháp solgel. Từ đó làm rõ ảnh hưởng của sự pha tạp Gd lên cấu trúc tinh thể và tính chất từ của vật liệu cụ thể như: hằng số mạng, kích thước hạt, mômen từ, nhiệt độ Curi và nhiệt độ bù trừ. Phương pháp nghiên cứu: Luận văn được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm kết hợp với phân tích số liệu dựa trên các mô hình lý thuyết và kết quả thực nghiệm đã công bố. Các mẫu nghiên cứu được chế tạo bằng phương pháp sol gel tại viện ITIMS, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội. Bố cục của luận văn: Luận văn được trình bày trong 3 chương, 47 trang bao gồm phần mở đầu, 3 chương nội dung, kết luận, cuối cùng là tài liệu tham khảo. Cụ thể cấu trúc của luận văn như sau: Mở đầu: Mục đích và lý do chọn đề tài. Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit ganet. Chương này trình bày tổng quan về cấu trúc và tính chất từ của pherit ganet dạng khối, các tính chất đặc trưng của vật liệu ở kích thước nanomet và một số ứng dụng điển hình của hạt nano pherit ganet. Trần Xuân Hoàng 2
Luận văn thạc sĩ khoa học Chương 2: Thực nghiệm. Chương này giới thiệu về phương pháp solgel chế tạo vật liệu có kích thước nanomet và các phương pháp thực nghiệm sử dụng để nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của các mẫu hạt nano chế tạo được. Chương 3: Kết quả và thảo luận. Kết luận: Các kết luận chính rút ra từ kết quả nghiên cứu của luận văn. Trần Xuân Hoàng 3
Luận văn thạc sĩ khoa học CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PHERIT GANET 1.1. Cấu trúc tinh thể và tính chất từ của vật liệu pherit ganet dạng khối. 1.1.1.Cấu trúc tinh thể. Pherit ganet có cấu trúc lập phương tâm khối, thuộc nhóm không gian Oh10 – Ia3d [78]. Một ô đơn vị của pherit ganet chứa 8 đơn vị công thức {R3}[Fe2] (Fe3)O12, trong đó R là Y và các nguyên tố đất hiếm như Sm, Eu, Gd, Ho, Dy, Tb, Er, Tm, Yb, Lu. Các ion kim loại phân bố trong 3 vị trí tinh thể học tạo bởi các ion oxy: ion đất hiếm chiếm vị trí lỗ trống 12 mặt (vị trí 24c), các ion Fe3+ phân bố trong hai vị trí lỗ trống 8 mặt (vị trí 16a) và 4 mặt (vị trí 24d). Các lỗ trống này tạo thành 3 phân mạng tương ứng của các ion kim loại: phân mạng đất hiếm {c}, 2 phân mạng sắt [a] và (d). Hình 1.1 miêu tả vị trí các ion và hình ảnh mô phỏng các phân mạng trong cấu trúc của pherit ganet. (a) (b) Trần Xuân Hoàng 4
Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1.1: (a) Vị trí các ion và hình ảnh mô phỏng các phân mạng trong cấu trúc của pherit ganet (b) [15]. Trong 1 ô đơn vị của pherit ganet có 24 vị trí lỗ trống 12 mặt, 16 vị trí lỗ trống 8 mặt và 24 vị trí lỗ trống 4 mặt. Vị trí lỗ trống 12 mặt (24 c) là lỗ trống lớn nhất, có cấu trúc trực thoi, thuộc nhóm không gian D2222. Vị trí lỗ trống lớn thứ hai là vị trí 8 mặt (16a), có cấu trúc bát diện thuộc nhóm C3i3. Vị trí nhỏ nhất là vị trí 4 mặt (24d), có cấu trúc tứ diện thuộc nhóm S44. Theo bảng 1.1, khoảng cách giữa ion Fe3+ và ion O2 trong 2 phân mạng a và d là 2,01 và 1,87 Å nhỏ hơn khoảng cách giữa ion Y3+ và ion O2 (2,37 và 2,43 Å). Điều này lý giải về tương tác từ giữa các ion Fe3+ với nhau lớn hơn so với các tương tác khác trong ganet đất hiếm. Bảng 1.1: Khoảng cách giữa các ion lân cận trong tinh thể pherit ytri ganet [14] Ion Ion Khoảng cách (Å) 4Fe3+ (a) 3,46 Y3+ (c) 6Fe3+ (d) 3,09; 3,79 8O2 2,37 ; 2,43 2Y3+ 3,46 Fe3+ (a) 6Fe3+ 3,46 6O2 2,01 3,09 ; 3,79 6Y3+ 3,46 3+ 3+ Fe (d 4Fe 3,79 3+ 4Fe 1,87 2 4O Pherit ganet đất hiếm có hằng số mạng giảm theo kích thước ion kim loại đất hiếm, có giá trị trong khoảng từ 12,283Å đến 12,529Å được liệt theo bảng 1.2. Trần Xuân Hoàng 5
Luận văn thạc sĩ khoa học Pherit có hằng số mạng lớn nhất và nhỏ nhất là Sm3Fe5O12 và Lu3Fe5O12. Năm 1967 Geller đã thay thế một phần các ion kim loại đất hiếm (từ La 3+ đến Pm3+) và nhận thấy hằng số mạng của pherit ganet có thể đạt đến giá trị lớn nhất là 12,538 Å. [15] Bảng 1.2: Bán kính ion của đất hiếm và hằng số mạng của pherit ganet tương ứng [26] Bán kính ion R3+ Hằng số mạng của pherit R3Fe5O12 Nguyên tố R (Å) (Å) Y 1,015 12,376 Sm 1,09 12,529 Eu 1,07 12,498 Gd 1,06 12 T4 1 12,436 1,04 D 12,405 1,03 Ho 1,02 12,375 Er 1,00 12,347 Tm 0,99 12,323 Yb 0,98 Lu2,3 2 0,97 12,283 Trần Xuân Hoàng 6
Luận văn thạc sĩ khoa học Bên cạnh đó, các ion Fe3+ ở các vị trí lỗ trống 4 mặt và tám mặt cũng có thể được thay thế một phần hoặc hoàn toàn bởi các ion Al 3+, Ge4+, Ga3+, Ti4+, Co2+, Co3+, Sn4+... tùy thuộc vào bán kính ion thay thế và kích thước các lỗ trống, sự cân bằng điện tích của pherit ganet. Việc thay thế các ion đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu cấu trúc cũng như các tính chất vật lý của pherit ganet. Bằng phương pháp pha tạp các nguyên tố từ tính vào phân mạng không từ tính hoặc nguyên tố phi từ vào phân mạng từ của ganet, có thể tính toán được tương tác trao đổi giữa các phân mạng, sự phân bố các ion cũng như khai thác các tính chất đặc biệt của vật liệu mới. Đây cũng là cơ sở để nghiên cứu và mở rộng các ứng dụng của vật liêu pherit ganet. Trần Xuân Hoàng 7
Luận văn thạc sĩ khoa học 1.1.2. Tính chất từ. 1.1.2.1. Mô men từ và nhiệt độ Curie. Mômen từ của pherit ganet phụ thuộc vào mômen từ của các ion Fe3+ trong phân mạng a, d và ion kim loại đất hiếm R3+ trong phân mạng c. Theo mô hình lý thuyết Néel, mômen từ của các ion Fe3+ trong cùng một phân mạng là song song với nhau, mômen từ của phân mạng a và phân mạng d là đối song. Tương tác giữa các ion đất hiếm trong cùng phân mạng rất yếu nên có thể coi phân mạng đất hiếm như một hệ các ion thuận từ trong từ trường tạo bởi các phân mạng sắt. Mômen từ của phân mạng c định hướng ngược với vectơ tổng của mômen từ của hai phân mạng a và d. Hình 1.2 dưới đây mô tả trật tự từ trong các phân mạng của pherit ganet: {R33+} [Fe3+] (Fe3+) c a d (c) (d – a) Hình 1.2: Mô hình trật tự từ trong các phân mạng của pherit ganet Mômen từ trong một phân tử ganet phụ thuộc nhiệt độ và được tính theo công thức: M (T)= 3MR(T) – [3MFe(T) – 2MFe(T)] (1.1) Đặc biệt đối với YIG, do Y không có từ tính nên mômen từ của YIG do 3+ các ion Fe ở hai phân mạng d và a quyết định, hay MYIG(T) = MFed(T) MFea(T). Mômen từ của YIG phụ thuộc nhiệt độ tuân theo định luật Curie – Weiss [16]. Trên hình 1.3 là mômen từ bão hòa của hai phân mạng a và d trong YIG theo nhiệt độ, theo nghiên cứu của Anderson [78]. Đường liền nét là đường làm khớp các giá trị thực nghiệm theo hàm Brillouin. Hiệu hai giá trị mômen từ này là giá trị mômen từ theo nhiệt độ của YIG. Trần Xuân Hoàng 8
Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1.3: Sự phụ thuộc nhiệt độ của giá trị mômen từ tự phát của các phân mạng và mômen từ tổng của YIG [78]. Các giá trị mômen từ Ms phụ thuộc nhiệt độ của một số pherit ganet đất hiếm được biểu diễn trên hình 1.4. Theo hình này, dạng đường cong Ms(T) có hai dạng chính: Dạng đường cong Weiss (với R = Y, Lu). Dạng đường cong có điểm nhiệt độ bù trừ Tcomp (với R = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb). Tại Tcomp, mômen từ của phân mạng c bằng và ngược dấu với hiệu mômen từ của hai phân mạng Fe (d – a). Trần Xuân Hoàng 9
Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1.4. Sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ của các pherit ganet R3Fe5O12 Có thể nhận thấy, ở nhiệt độ thấp giá trị Ms của các pherit ganet đất hiếm lớn hơn nhiều so với YIG, là do đóng góp của mômen từ phân mạng c nhưng ở nhiệt độ phòng, giá trị Ms của pherit ganet đất hiếm giảm rất nhanh cùng với sự giảm của mômen từ phân mạng c. Để minh họa, hình 1.5 biểu diễn sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ tự phát của cả ba phân mạng d, a và c của Gd3Fe5O12. Giá trị mômen từ tự phát Ms của một số pherit ganet ở 4 K và 300 K được liệt kê trong bảng 1.3. Trần Xuân Hoàng 10
Luận văn thạc sĩ khoa học Một điều đáng nói là mặc dù các ion đất hiếm ở phân mạng c có mômen từ khác nhau nhưng nhiệt độ Curie TC của các ganet tương ứng lại đều xấp xỉ ở vùng nhiệt độ 560 K. Điều này cho thấy tương tác của các ion Fe 3+ ở hai phân mạng d và a đóng vai trò quyết định tới giá trị TC của ganet. Sự chênh lệch các giá trị TC của các vật liệu này so với YIG là do sự thay đổi độ lớn của các ion R 3+ tạo nên sự khác biệt về khoảng cách giữa các ion Fe3+ ở hai phân mạng a và d. Bảng 1.3 Giá trị mômen từ Ms, nhiệt độ Curie TC và nhiệt độ bù trừ Tcomp của một số pherit ganet [78] Ms (µB) TC Tcomp Pherit ganet 4K 300K Y3Fe5O12 5 3.57 560 Gd3Fe5O12 16 0,254 564 290 Ho3Fe5O12 15,2 1,67 558 137 Dy3Fe5O12 16,9 0,886 563 220 Tb3Fe5O12 18,2 0,683 568 244 1.1.2.2. Nhiệt độ bù trừ Tcomp Ở vùng nhiệt độ thấp gần 0K, mômen từ của phân mạng đất hiếm Mc(0) lớn hơn hiệu mômen từ của hai phân mạng sắt (Md(0) – Ma(0)). Tuy nhiên, sự giảm của mômen từ phân mạng c theo nhiệt độ nhanh hơn so với các phân mạng a và d do vậy tại một nhiệt độ xác định Tcomp, (0
Luận văn thạc sĩ khoa học như quan sát thấy trên hình 1.5 đối với pherit ganet Gd 3Fe5O12. Như vậy khi đi qua điểm bù trừ có sự đảo hướng của vectơ từ độ tổng MRIG(T) dưới tác dụng của một từ trường ngoài. Một số nghiên cứu cũng đã chỉ ra đối với các hợp chất R3Fe5O12, ở lân cận điểm nhiệt độ bù trừ, do sự đảo chiều của vectơ từ độ tổng và do ảnh hưởng của quá trình thuận xảy ra đối với phân mạng đất hiếm, các tính chất vật lý của chúng thường biểu hiện những dị thường ở vùng nhiệt độ này như hiện tượng đảo dấu của từ giảo, hiệu ứng từ nhiệt và sự xuất hiện các cực đại lực kháng từ [113]. Các giá trị nhiệt độ bù trừ Tcomp của một số pherit ganet đất hiếm theo các nghiên cứu trước đây được liệt kê trong bảng 1.3, theo đó các điểm bù trừ này đều ở dưới nhiệt độ phòng. Hình 1.5. Sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ bão hòa của ba phân mạng của Gd3Fe5O12 [25] Các giá trị TC, Tcomp của một số pherit ganet đất hiếm theo các nghiên cứu trước đây được liệt kê trong bảng 1.5. Điểm bù trừ của các pherit ganet đất hiếm được quan sát thấy ở dưới nhiệt độ phòng. Bảng 1.5 cho thấy nhiệt độ Curie của hệ pherit ganet không thay đổi nhiều (TC ~560 K) khi thay Y3+ bằng các ion đất hiếm nặng, khẳng định tương tác của phân mạng d a là lớn nhất. 1.1.2.3. Tương tác siêu trao đổi. Trong tinh thể pherit ganet các ion Fe3+ trong phân mạng a, d và ion kim loại đất hiếm R3+ trong phân mạng c tạo thành 3 phân mạng từ tương ứng, ngoại trừ tinh thể Ytri pherit ganet chỉ có 2 phân mạng từ do ion Y3+ không có từ tính. Các ion kim loại Fe3+ và R3+ bị ngăn cách bởi các ion oxy có bán kính lớn nên tương tác giữa các ion kim loại từ tính là tương tác trao đổi gián tiếp, thông qua ion oxy còn gọi là tương tác siêu trao đổi. Theo mô hình giải thích tương tác trong MnO được đưa ra bởi Kramer [6], tương tác siêu trao đổi trong pherit ganet là các tương tác trao đổi gián tiếp thông qua ion oxy xảy ra giữa các ion Fe 3+ Fe3+ , R3+ R3+ và Fe3+ R3+ trong đó R là kim loại đất hiếm. Bản chất của tương tác là sự Trần Xuân Hoàng 12
Luận văn thạc sĩ khoa học xen phủ lẫn nhau của các đám mây điện tử d của ion Fe hoặc f của ion đất hiếm R với đám mây điện tử p của ion oxy. Độ lớn của tương tác siêu trao đổi phụ thuộc vào khoảng cách và góc liên kết giữa các ion Fe3+ và R3+ với ion O2. Tương tác có cường độ mạnh nhất khi góc liên kết bằng 180 0 vì lúc này xác suất xen phủ các đám mây điện tử là lớn nhất. Khi góc liên kết bằng 90 o, xác suất phủ các đám mây điện tử d x2 − y 2 và px là nhỏ nhất nên tương tác có cường độ nhỏ nhất. Bảng 1.4: Góc trong các liên kết giữa các ion kim loại trong YIG [14] Ion Góc (o) Fe3+(a) – O2 – Fe3+ (d) 125,9 Fe3+(a) – O2 – Y3+ 102,8 Fe3+(a) – O2 – Y3+ 104,7 Fe3+(d) – O2 – Y3+ 123,0 Fe3+(d) – O2 – Y3+ 92,2 Y3+ – O2 – Y3+ 104,7 Fe3+(d) – O2 – Fe3+ (d) 86,6 Fe3+(d) – O2 – Fe3+ (d) 78,8 Fe3+(d) – O2 – Fe3+ (d) 74,7 Fe3+(d) – O2 – Fe3+ (d) 74,6 Geller và Gilleo sau khi thay thế một phần ion Fe3+ trong YIG bởi các ion không từ tính và quan sát trên phổ nhiễu xạ nơtron đã tính được góc liên kết của các ion trong các phân mạng của tinh thể YIG [14]. Giá trị các góc liên kết trong YIG được liệt kê trong bảng 1.3 trong đó góc của liên kết Fe a3+ – O – Fed3+ là lớn nhất (125,9o), các góc liên kết Fed3+ – O – Y3+ và Fea3+ – O – Y3+ nhỏ hơn (tương ứng là 123o và 104,7o). Giá trị các góc liên kết cho thấy tương tác giữa hai phân mạng a – d là lớn hơn so với tương tác của từng phân mạng a, d với phân mạng c. Tương tác giữa các ion kim loại đất hiếm trong phân mạng c gần như bằng 0. Do vậy, có thể nói, tương tác trong hai phân mạng a và d quyết định trật tự từ của pherit ganet. Trần Xuân Hoàng 13
Luận văn thạc sĩ khoa học 1.2. Tính chất từ của các hạt nano pherit ganet. Vật liệu nano đã và đang làm thay đổi thế giới, và được coi là vật liệu của tương lai. Điều này được thể hiện bằng số các công trình khoa học, số các bằng phát minh sáng chế, số các công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nano gia tăng theo cấp số mũ. Nhưng khi kích thước giảm xuống cỡ nano mét thì vật liệu xuất hiện những tính chất mới lạ và độc đáo so với vật liệu khối. 1.2.1. Dị hướng từ bề mặt và mô hình lõi vỏ. Khi kích thước hạt bị thu nhỏ làm cho tính đối xứng trong tinh thể bị phá vỡ và giảm các lân cận gần nhất, lúc đó xuất hiện dị hướng từ bề mặt. Sự mất trật tự của cấu trúc từ tại bề mặt dẫn đến dị hướng từ bề mặt có độ lớn và tính đối xứng khác nhau tại các vị trí bề mặt khác nhau. Khi kích thước các hạt càng nhỏ, tỉ lệ diện tích bề mặt S trên thể tích hạt V càng lớn và do vậy sự đóng góp của bề mặt vào từ tính của hạt sẽ trở nên quan trọng hơn so với hạt dạng khối. Hình 1.6: Mô hình lõi vỏ trong hạt nano Trên bề mặt hạt nano từ, spin sắp xếp hỗn loạn gây nên tương tác trao đổi giữa bề mặt và lõi làm cho phân bố spin bên trong hạt có kích thước đơn đômen trở nên phức tạp. Kodama và Berkowitz đã đưa ra mô hình lõi – vỏ để giải thích và tính toán ảnh hưởng của lớp bề mặt mất trật tự lên mômen từ của hạt [24]. Theo đó, có thể coi hạt nano từ gồm 2 phần: phần lõi có các spin trật tự và Trần Xuân Hoàng 14
Luận văn thạc sĩ khoa học phần vỏ bao gồm các spin mất trật tự. Gọi bề dày của lớp vỏ là t, đường kính hạt là D, mômen từ bão hòa của vật liệu khối là Mso, khi đó giá trị của mômen từ tự phát Ms phụ thuộc vào độ dày của lớp vỏ được tính theo công thức [2]: t M s ( D ) = M so (1 − 6 ) (1.3) D Như vậy, các hạt càng nhỏ mômen từ tự phát của của hạt cũng giảm do tỉ lệ diện tích bề mặt S trên thể tích hạt V càng lớn và do vậy ảnh hưởng của lớp bề mặt hạt lên tính chất từ càng lớn. 1.2.2. Sự suy giảm mômen từ theo hàm Bloch. Theo lý thuyết sóng spin, sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ tự phát của chất sắt từ hay pherit ở nhiệt độ thấp (T 3/2. Điều này là do các magnon có bước sóng lớn hơn kích thước hạt không thể bị kích thích, do đó năng lượng nhiệt cần phải vượt một ngưỡng nhất định để gây nên sóng spin trong các hạt nano này. Trần Xuân Hoàng 15
Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1.7: Mômen từ phụ thuộc kích thước của các hạt nano YIG chế tạo bằng phương pháp solgel (a) và mômen từ phụ thuộc nhiệt độ của các hạt nano YIG kích thước 45,120 và 440nm (b) đường liền nét là đường khớp hàm Bloch. Ta thấy, với các mẫu có kích thước trung bình 440 nm và 129 nm, mômen từ bão hòa phụ thuộc nhiệt độ tuân theo sự biến đổi của mômen từ mẫu khối trong khi đó mẫu có kích thước trung bình 45 nm thì đường Ms(T) lệch khỏi dạng phụ thuộc như phương trình (1.5) ở vùng nhiệt độ thấp. Tính toán lí thuyết về vật liệu sắt từ đã chỉ ra rằng sự thay đổi của spin bề mặt lớn hơn bên trong. Do vậy, hằng số Bloch của các mẫu tăng khi nhiệt độ tăng thì mômen từ tự phát trong các hạt kích thước nhỏ sẽ giảm nhanh hơn so với vật liệu khối. Điều này có thể do các spin trong hạt nhỏ không ổn định so với trong vật liệu khối dẫn đến sự giảm nhiệt độ Curie so với vật liệu khối. Nghiên cứu của nhóm Vaqueiro [21] trên các hạt YIG chế tạo bằng phương pháp solgel (hình 1.8) không có sự phụ thuộc của nhiệt độ Curie vào kích thước hạt, các hạt sau khi thiêu kết ở 973 K (90 nm) và 1173 K (320 K) có nhiệt độ Curie tương tự nhau (555 K) và nhỏ hơn so với mẫu khối (560 K). Trần Xuân Hoàng 16
Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1.8 Mômen từ bão hòa phụ thuộc nhiệt độ của các hạt YIG chế tạo bằng phương pháp solgel so sánh với mẫu khối [21]. 1.2.3. Lực kháng từ phụ thuộc kích thước hạt. Lực kháng từ liên quan đến sự hình thành đơn đômen và phụ thuộc vào kích thước của hạt, khi kích thước hạt giảm thì lực kháng từ tăng dần đến cực đại và sau đó tiến về 0. Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào kích thước hạt được mô tả như trên hình 1.7 dưới đây và theo công thức: 3/2 � �DS � � HC = HC 0 � 1 − � � � (1.6) � �d � � Trong đó, Ds là kích thước giới hạn siêu thuận từ, D là kích thước hạt, Hco là lực kháng từ nhiệt độ T gần 0 K. Trần Xuân Hoàng 17
Luận văn thạc sĩ khoa học (a) (b) Hình 1.9: Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào kích thước hạt (a) và đường cong từ trễ tương ứng với kích thước hạt (b). Đường cong từ trễ của hạt siêu thuận từ không có hiện tượng trễ từ (đi qua gốc tọa độ). Đường cong từ trễ của hạt có kích thước đơn đômen DC có lực kháng từ lớn nhất (đường trễ lớn nhất ngoài cùng). Các hạt đa đômen có đường trễ là đường màu xanh lá cây Theo hình 1.9, kích thước hạt được chia làm 2 vùng: đơn đômen và đa đômen. Vùng đơn đômen lại được chia thành hai miền nhỏ: Miền có kích thước hạt nằm trong khoảng DS

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.09: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Quản Trị Kinh Doanh

81 tài liệu

1637 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.