VẬT LÍ CHẤT RẮN
Phạm Đỗ Chung Bộ môn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
Lớp Y19 – Sư phạm Vật lí
Chương 6
Phân loại vật liệu từ
• Tính chất từ của vật liệu 1. Moment từ của electron 2. Moment từ nguyên tử, quy tắc Hund 3. 4. Nghịch từ Thuận từ 5. Sắt từ 6. Cấu trúc domain và sự từ hoá của vật liệu 7.
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
2
6. Sắt từ
Vật liệu sắt từ
1
b)
a)
Trên TC thuận từ
• • Dưới TC (nhiệt độ Curie) là sắt từ
Tồn tại độ từ hóa tự phát ngay cả khi B=0.
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
3
6. Sắt từ • Trong sắt từ có các miền (domain) từ hóa tự phát. Các domain định hướng hỗn độn nên không xuất hiện moment từ. • Tính chất của sắt từ là đóng góp của moment từ spin của các electron lớp vỏ chưa đầy và moment từ của các electron của phân lớp s. • Tương tác trao đổi giữa các electron ở lớp vỏ chưa đầy dẫn tới moment từ spin của các electron định hướng song song. • Sự tương tác này tương tự như tương tác của moment từ spin với một trường nội, trường phân tử Weiss: Bi (λ là hằng số trường phân tử).
Bi=μoλM
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
4
6. Sắt từ
Lí thuyết trường phân tử
! M
! BI
λµ0=
M
+
=
+
BB = 0
B I
B 0
λµ0
j
a
'B
ngM =
µ
=
( ) ajB
B
• Làm tương tự trường hợp thuận từ: g µ B kT
ở đây chỉ cần thay giá trị: J = S và B’ = B0 + BI
Tại sao lại thay J = S è Thuận từ vs Sắt từ?
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
5
6. Sắt từ
Lí thuyết trường phân tử
)
)
( B 0
I
( B 0
ngM
Bµ=
S S a B M = + = λµ+ 0
( )aSB
( ) aB
a→∞ (khi T →0 hoặc B →∞ ) ta có B(a) →1:
S
M
ng Bµ=
( TM
) 0 =→
(
S
)1
(
aB )(
a
)
≈
=
BM +
a<<1
( λµ 0
0
S + 3 S
g
2 2 µ B
aSB )(
)
ngM =
≈
µ B
( λµ 0
BM + 0
( ) 0 g )1 µ + B 3 kT SnS ( )1 + 3 kT
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
g µ B kT 2 1 2 g µ B kT 1 a = S 2 + S S 2 + S 1 S 2 a 2 S ⎛ cth ⎜ ⎝ ⎞ −⎟ ⎠ ⎛ cth ⎜ ⎝ ⎞ ⎟ ⎠
6
6. Sắt từ
Lí thuyết trường phân tử
= 𝐵 𝑎
ngM
Bµ=
( )aSB
𝑀 𝑇 𝑀 0
a =
𝜇+𝜆𝑀 ⇒ 𝑀 =
𝐵* =
• Nếu không có từ trường ngoài: Bo= 0 T g𝜇%𝑆 𝑘𝑇
g𝜇%𝑆 𝑘𝑇
𝑎𝑘𝑇 g𝜇%𝑆𝜇+𝜆
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
7
6. Sắt từ
Lí thuyết trường phân tử
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
8
6. Sắt từ
Mối liên hệ giữa trường phân tử và moment từ tự phát
(
S
)1
(
aB )(
a
)
a<<1
≈
=
BM +
( λµ 0
0
S + 3 S
g )1 µ + B 3 kT
SnS (
g
2 2 µ B
aSB )(
)
ngM =
≈
µ B
( λµ 0
BM + 0
)1 + 3 kT
Bo =0, TèTc
𝜆 =
:
3𝑘𝑇2 𝑛𝑆(S + 1)𝜇+𝑔:𝜇%
Đo Tc (vĩ mô) è Tính được λ (vi mô)
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
9
7. Cấu trúc domain và sự từ hoá của vật liệu
• Nếu chỉ tính đến tương tác trao đổi: mọi moment từ đều song song • Trong vật liệu từ còn nhiều loại năng lượng khác (năng lượng dị hướng từ tinh thể, năng lượng từ đàn hồi, năng lượng trường khử từ,... )
Năng lượng cực tiểu khi vật liệu sắt từ tạo thành các cấu trúc domain
Domain = miền từ hóa tự phát vĩ mô
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
10
7. Cấu trúc domain và sự từ hoá của vật liệu
N
S
N
N
N
N
N
N
N
N
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
11
7. Cấu trúc domain và sự từ hoá của vật liệu
a)
Đường cong từ trễ Hai quá trình từ hóa 1. Dịch vách
H = 0
a) Dịch vách thuận
nghịch
b)
b) Dịch vách không thuận nghịch
H
c)
(bước nhảy Barkhausen) 2. Quay domain
H
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
12
7. Cấu trúc domain và sự từ hoá của vật liệu
a)
Đường cong từ trễ • Dịch vách thuận nghịch (O
đến A)
• Dịch vách không thuận
nghịch
b)
c)
Nếu B đủ lớn để vách dịch chuyển qua điểm A vách có thể tự động dịch đến điểm C có giá trị tương đương mà không cần phải có từ trường ngoài. AC = bước nhảy Barkhausen (Barkhausen discontinuity).
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018
