Khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát sự phụ thuộc của hiệu ứng từ - điện vào từ trường xoay chiều

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu hiệu ứng từ - điện trên vật liệu tổ hợp vào từ trường xoay chiều có tần số biến đổi, giải thích sự phụ thuộc vào tần số dòng điện xoay chiều và sự xuất hiện của tần số cộng hưởng. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Khảo sát sự phụ thuộc của hiệu ứng từ - điện vào từ trường xoay chiều

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ TRƢƠNG THỊ THIÊN TRANG KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC CỦA HIỆU ỨNG TỪ ĐIỆN VÀO TỪ TRƢỜNG XOAY CHIỀU Chuyên ngành: Vật lý chất rắn KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS LÊ KHẮC QUYNH HÀ NỘI – 5/2018
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ TRƢƠNG THỊ THIÊN TRANG KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC CỦA HIỆU ỨNG TỪ ĐIỆN VÀO TỪ TRƢỜNG XOAY CHIỀU Chuyên ngành: Vật lý chất rắn KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS LÊ KHẮC QUYNH HÀ NỘI – 5/2018
LỜI CẢM ƠN Sau một khoảng thời gian cố gắng tìm tòi, nghiên cứu, khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Khảo sát sự phụ thuộc của hiệu ứng từ điện vào từ trường xoay chiều” đã đƣợc hoàn thành. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Lê Khắc Quynh – ngƣời đã luôn quan tâm, động viên và tận tình hƣớng dẫn tôi trong quá trình thực hiện khóa luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa vật lý của Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuân lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã luôn ở bên giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập vừa qua. Mặc dù đã hết sức cố gắng trong việc hoàn thành khóa luận nhƣng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các thầy cô và bạn bè! Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 05 tháng 5 năm 2018 Sinh viên Trƣơng Thị Thiên Trang
LỜI CAM ĐOAN Sau một thời gian nghiên cứu tài liệu cùng với sự hƣớng dẫn của thầy giáo ThS Lê Khắc Quynh tôi đã hoàn thành bài khóa luận của mình. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi và không trùng với bất kỳ nghiên cứu nào trƣớc đó. Hà Nội, ngày 05 tháng 5 năm 2018 Sinh viên Trƣơng Thị Thiên Trang
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ............................................................................................ 1 2. Mục tiêu của khóa luận ................................................................................. 2 3. Đối tƣợng và mục tiêu nghiên cứu ................................................................ 2 4. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 2 5. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................... 2 6. Đóng góp của khóa luận................................................................................ 2 7. Cấu trúc của khóa luận .................................................................................. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................. 4 1.1. TỔNG QUAN VỀ BĂNG TỪ MỀM NỀN Fe .......................................... 4 1.1.1. Tính chất từ của vật liệu .......................................................................... 4 1.1.2. Các trạng thái từ của vật chất .................................................................. 6 1.1.2.1. Trạng thái nghịch từ ............................................................................. 6 1.1.2.2. Trạng thái thuận từ ............................................................................... 7 1.1.2.3. Trạng thái sắt từ ................................................................................... 8 1.1.2.4. Trạng thái phản sắt từ ........................................................................... 9 1.1.2.5. Trạng thái ferit từ (hay gọi chất ferit) ................................................ 10 1.1.3. Tính chất từ của băng từ mềm............................................................... 11 1.1.4. Ứng dụng của băng từ mềm .................................................................. 11 1.2. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CÁC HIỆU ỨNG TỪ VÀ ĐIỆN ...... 13 1.2.1. Hiện tƣợng từ giảo ................................................................................ 13 1.2.2. Hiện tƣợng áp điện ................................................................................ 16 1.2.2.1. PZT áp điện ........................................................................................ 18 1.2.2.2. Polyme áp điện ................................................................................... 20 1.2.3. Hiệu ứng từ - điện ................................................................................. 22 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM................................ 25
2.1. Chế tạo vật liệu tổ hợp từ - điện ............................................................... 25 2.2. Khảo sát hiệu ứng từ-điện ........................................................................ 25 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 28 3.1. Sự phụ thuộc của hệ số từ - điện E vào tần số f của từ trƣờng xoay chiều ................................................................................................................ 28 3.2. Giải thích sự phụ thuộc của hệ số từ - điện E vào tần số f của dòng điện xoay chiều cho mẫu dạng hình chữ nhật ................................................. 30 KẾT LUẬN CHUNG ...................................................................................... 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 39
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Đƣờng cong từ trễ của vật liệu sắt từ ................................................ 5 Hình 1.2. Mô hình sắp xếp mômen từ nguyên tử. ............................................ 6 Hình 1.3. Sự sắp xếp các momen từ nguyên tử ................................................ 8 Hình 1.4. Sự sắp xếp các momen từ nguyên tử ................................................ 9 Hình 1.5. Sự sắp xếp các momen từ nguyên tử .............................................. 10 Hình 1.6. Sự sắp xếp các momen nguyên tử ................................................... 11 Hình 1.7. Một số ứng dụng của băng từ mềm................................................. 12 Hình 1.8. Hiệu ứng từ giảo của mẫu hình cầu ................................................ 13 Hình 1.9. Hiện tƣợng từ giảo ứng với phân bố đám mây điện tử dạng đối xứng cầu (J = 0) ...................................................................................................... 14 Hình 1.10. Hiện tƣợng từ giảo tƣơng ứng với các trƣờng hợp: ...................... 15 Hình 1.11. Hình minh họa biến dạng tuyến tính của vật liệu từ giảo dạng khối hoặc dạng băng mỏng...................................................................................... 16 Hình 1.12. Hiệu ứng áp điện xảy ra khi một ................................................... 17 Hình 1.13. Ô đơn vị tinh thể PZT trong trạng thái Perovskite lập phƣơng (trái) và mặt thoi (phải). .................................................................................. 18 Hình 1.14. Mô hình giải thích hiệu ứng áp điện. ............................................ 19 Hình 1.15. Cấu tạo nguyên tử Polyme áp điện a) Khi định hƣớng lộn xộn b) khi định hƣớng có trật tự............................................................................. 21 Hình 1.16. Mô tả hiệu ứng từ điện. ................................................................. 22 Hình 1.17. Các vật liệu tổ hợp từ - điện: (a) dạng hạt, (b) dạng màng đa lớp và (c) dạng tấm. .................................................................................................... 23 Hình 1.18. Vật liệu tổ hợp áp điện/ từ giảo..................................................... 24 Hình 2.1. Cấu trúc sandwich của vật liệu tổ hợp từ - điện FeNiBSi/PZT/FeNiBS và ảnh chụp sau khi chế tạo. ...................................... 25
Hình 2.2. Sơ đồ minh họa hệ đo hiệu ứng từ - điện. ....................................... 26 Hình 3.1. Hệ số từ điện phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều đo theo .. 28 Hình 3.2. Sự phụ thuộc của hệ số thế từ-điện vào tần số từ trƣờng xoay chiều của các vật liệu tổ hợp từ-điện hình chữ nhật (đo dọc theo chiều dài mẫu). .. 29 Hình 3.3. Hệ tọa độ cho bài toán truyền sóng một chiều ................................ 31
MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Trong cuộc sống hằng ngày hẳn chúng ta đã quen với vật liệu sắt từ, chúng là những vật liệu có tính chất đặc biệt và đƣợc ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau, trong đó có một hiệu ứng rất mới mà con ngƣời mới phát hiện ra vào đầu thế kỉ trƣớc là hiệu ứng từ giảo-áp điện hay còn gọi là hiệu ứng từ điện. Hiệu ứng từ-điện đã đƣợc biết đến lần đầu tiên vào năm 1894 [18] và đƣợc gọi tên chính thức vào năm 1926 [19]. Tuy nhiên phải đến đầu thế kỷ XXI thì các nghiên cứu về hiệu ứng từ-điện mới thực sự phát triển mạnh mẽ về cả chất lƣợng và số lƣợng. Các nghiên cứu này đã cho thấy hiệu ứng từ- điện có khả năng ứng dụng thực tiễn vào rất nhiều lĩnh vực nhƣ: thiết bị chuyển đổi tín hiệu (tranducer) [21], thiết bị lọc tín hiệu (filter) [11], thiết bị lƣu trữ thông tin thế hệ mới (MeRAM) [16] và đặc biệt là cảm biến từ trƣờng có độ nhạy và độ phân giải cao [17]. Thƣờng hiệu ứng từ-điện xuất hiện trên các vật liệu multiferroic (multifferoics materials). Do đó việc tăng cƣờng hiệu ứng từ-điện thực chất là việc tăng cƣờng tính chất từ-điện của vật liệu multiferroic. Các vật liệu multiferroic đã có quá trình phát triển từ vật liệu đơn pha [12, 14] đến vật liệu đa pha dạng khối [15] và gần nhất là vật liệu đa lớp. Vật liệu đa lớp cho thấy nhiều ƣu điểm so với các dạng vật liệu khác bởi: Không xuất hiện pha thứ ba trong quá trình chế tạo, công nghệ chế tạo đơn giản và hiệu ứng từ-điện đủ lớn cho các ứng dụng thực tiễn. Các tính chất từ, từ giảo, từ-điện của vật liệu multiferroic có thể đƣợc tăng cường thông qua các tối ưu về: vật liệu và công nghệ chế tạo các pha riêng biệt, hình dạng vật liệu, kích thƣớc vật liệu, cấu trúc tinh thể của vật liệu, cấu hình vật liệu. 1
Các tối ƣu về tính chất từ-điện của vật liệu multiferroic hƣớng đến mục đích chế tạo cảm biến từ trường yếu có độ nhạy và độ phân giải cao. Các cảm biến này không chỉ phục vụ mục đích xác định độ lớn và góc định hƣớng của từ trƣờng trái đất mà còn có thể ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác trong đời sống và khoa học công nghệ nhƣ: thiết bị bám sát vệ tinh, thiết bị định vị vệ tinh, thiết bị y – sinh (phát hiện hạt từ, đo nhịp tim ...). Vì vậy, trong khóa luận này, chúng tôi tập trung vào việc khảo sát sự phụ thuộc của hiệu ứng từ điện vào từ trường xoay chiều là nội dung của khóa luận. 2. Mục tiêu của khóa luận - Nghiên cứu hiệu ứng từ - điện trên vật liệu tổ hợp vào từ trƣờng xoay chiều có tần số biến đổi. - Giải thích sự phụ thuộc vào tần số dòng điện xoay chiều và sự xuất hiện của tần số cộng hƣởng. 3. Đối tƣợng và mục tiêu nghiên cứu - Vật liệu tổ hợp có hiệu ứng từ giảo – áp điện. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo vật liệu tổ hợp từ điện. - Khảo sát hiệu ứng từ - điện. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Đọc tài liệu và tra cứu. - Thực nghiệm. 6. Đóng góp của khóa luận - Sự phụ thuộc của hiệu ứng từ - điện vào từ trƣờng xoay chiều. - Tài liệu tham khảo cho các sinh viên và ngƣời nghiên cứu. 7. Cấu trúc của khóa luận Phần 1: Mở đầu 2
Phần 2: Nội dung Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Các phƣơng pháp thực nghiệm Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận - Khảo sát tín hiệu từ điện vào tần số từ trƣờng xoay chiều. - Giải thích sự phụ thuộc hiệu ứng từ điện vào từ trƣờng xoay chiều. Phần 3: Kết luận 3
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ BĂNG TỪ MỀM NỀN Fe 1.1.1. Tính chất từ của vật liệu Định nghĩa vật liệu sắt từ là vật liệu có từ độ tự phát, từ độ này ổn định theo thời gian và có thể có hiện tƣợng trễ dƣới tác động của từ trƣờng ngoài. Định nghĩa véc tơ từ độ là tổng tất cả các mômen từ (mômen từ tự phát và mômen từ cảm ứng) của vật liệu trong một đơn vị thể tích. Mômen từ thực ra có nguồn gốc từ các chuyển động của điện tử trong các nguyên tử. Về cơ bản có thể chia thành ba loại chính bao gồm: - Điện tử xoay quanh hạt nhân gây ra một mômen từ vuông góc với mặt phẳng chuyển động của điện tử khá nhỏ. - Điện tử quay quanh trục của nó xuất hiện mômen từ spin. Giá trị của mômen từ này đƣợc xác định thông qua đại lƣợng magneton Bohr μB. - Mômen từ tạo bởi sự thay đổi của các orbital khi có sự tác dụng của từ trƣờng ngoài. Trong hệ SI thì véc tơ cảm ứng từ của vật liệu ( ⃗ ) khi chịu tác dụng của từ trƣờng ngoài ( ⃗ ) đƣợc biểu diễn bằng công thức [3]: ⃗ (⃗ ⃗⃗ ) (1.1) Trong đó: ⃗ là vec tơ cảm ứng từ μ0 là độ từ thẩm của chân không (= 4π.10-7 H/m) ⃗ là vec tơ cƣờng độ từ trƣờng ngoài ⃗⃗ là vec tơ từ độ của vật liệu Để đặc trƣng cho mức độ từ hóa của vật liệu, đại lƣợng độ cảm từ χ đƣợc sinh ra và có định nghĩa là [3]: (1.2) 4
Về bản chất thì độ cảm từ phụ thuộc vào cƣờng độ từ trƣờng ngoài và nhiệt độ χ = χ(T, H). Ta có thể phân loại các vật liệu từ theo cấu trúc từ của chúng thành các loại bao gồm [3]: - Nghịch từ (χ ~ -10-5) - Thuận từ (χ ~ +10-5) - Sắt từ (χ ~ +106) Bản chất tính chất từ của vật liệu sắt từ đƣợc cho là do các đômen từ có trong vật liệu. Định nghĩa đômen từ là một vùng trong vật liệu mà từ độ tại đó là đồng nhất cả về phƣơng, chiều và độ lớn. Khi có từ trƣờng ngoài tác dụng, các đômen có từ độ cùng chiều với từ trƣờng ngoài sẽ đƣợc mở rộng (tƣơng ứng là sự thu hẹp của các đômen ngƣợc chiều). Sau quá trình mở rộng và thu hẹp đômen là quá trình quay các đômen theo cùng chiều từ trƣờng ngoài. Hình 1.1. Đường cong từ trễ của vật liệu sắt từ Thƣờng thì đƣờng cong từ trễ của các vật liệu sắt từ có dạng nhƣ hình 1.1. Nếu tất cả các đômen trong vật liệu quay theo hƣớng từ trƣờng ngoài thì vật liệu đạt trạng thái từ hóa bão hòa và từ độ bão hòa đƣợc ký hiệu là MS. Nếu vật liệu bị từ hóa và từ trƣờng giảm về không thì vật liệu vẫn còn tồn tại 5
một giá trị từ độ gọi là từ dƣ Mr. Giá trị Mr/MS còn thể hiện thông tin về tính chất dị hƣớng từ tinh thể của vật liệu. Để khử từ hoàn toàn vật liệu thì cần phải tác dụng một từ trƣờng ngƣợc chiều từ trƣờng ban đầu và có giá trị HC và đƣợc gọi là lực kháng từ. Giá trị của lực kháng từ cho biết thông tin về tính chất từ của vật liệu (từ cứng hay từ mềm) và cấu trúc từ của vật liệu. Từ dƣ và lực kháng từ trong các vật liệu từ cứng lớn hơn so với vật liệu từ mềm nên năng lƣợng cần thiết để triệt tiêu tính chất từ của vật liệu từ cứng cũng lớn hơn so với vật liệu từ mềm. Do các tính chất khác nhau này thì vật liệu từ cứng thƣờng đƣợc sử dụng để chế tạo các nam châm vĩnh cửu. 1.1.2. Các trạng thái từ của vật chất 1.1.2.1. Trạng thái nghịch từ Ở trạng thái nghịch từ, vật liệu từ có độ cảm từ nhỏ hơn 0 ( , độ lớn nhỏ (cỡ 10-5) và phụ thuộc ít vào nhiệt độ. Một cách gần đúng, ta có thể coi rằng trong các chất nghịch từ có nguyên tử mà trong đó mặt phẳng quỹ đạo của các electron song song với nhau và quỹ đạo của chúng giống nhau. Trên các quỹ đạo này, các electron đều chuyển động cùng vận tốc nhƣng ngƣợc chiều nhau nên làm cho mômen từ quỹ đạo của chúng luôn trực đối nhau. Do đó tổng mômen từ quỹ đạo luôn luôn bằng không [9]. Hình 1.2. Mô hình sắp xếp mômen từ nguyên tử. 6
Lý thuyết đã chỉ ra rằng các mômen từ riêng (mômen spin) của electron cũng luôn ngƣợc chiều nhau, nên tổng mômen từ riêng bằng không. Do vậy mômen từ nguyên tử của electron (gồm mômen từ quỹ đạo và mômen từ spin) bằng không. Nếu đặt vào trong từ trƣờng ngoài, các electron sẽ đều có mômen từ cảm ứng cùng chiều nhau và ngƣợc chiều với từ trƣờng ngoài. Dẫn đến kết quả là mômen từ của mỗi nguyên tử khác không làm toàn bộ chất nghịch từ có mômen từ khác không và ngƣợc chiều từ trƣờng ngoài. Hiện tƣợng nghịch từ trên xuất hiện ở tất cả các vật nhƣng thƣờng bị ẩn đi bởi các hiệu ứng khác biểu hiện mạnh hơn (nhƣ hiện tƣợng thuận từ, sắt từ…). Hiện tƣợng nghịch từ thể hiện rõ nhất ở những chất mà mômen từ tổng cộng của chúng bằng không. Ví dụ: khí trơ, hợp chất hữu cơ, một số kim loại: Cu, Zn, Au, Ag… Cu  0,9.105  Pb  1,7.105  H 2 O   0,88.105 Vật liệu nghịch từ lý tƣởng là vật liệu siêu dẫn (là vật mà ở dƣới nhiệt độ Tc , điện trở của vật bằng không) vì nó có   0 và    1 , lớn gấp nhiều 4 lần so với các chất nghịch từ khác. 1.1.2.2. Trạng thái thuận từ Là vật liệu từ có độ cảm từ   0 , giá trị nhỏ (cỡ 105 103 ).  phụ thuộc vào nhiệt độ theo định luật Curie: C  T Trong đó: C - hằng số Curie. T - nhiệt độ tuyệt đối. Khi chƣa xuất hiện từ trƣờng ngoài, các mômen nguyên tử sắp xếp hỗn loạn, không theo một phƣơng nhất định do có sự chuyển động nhiệt. Vì vậy, mômen từ tổng hợp toàn bộ vật thuận từ bằng không và vật không có từ tính. 7
Đến khi xuất hiện từ trƣờng ngoài, các mômen từ nguyên tử có xu hƣớng sắp xếp theo hƣớng từ trƣờng đó là chiều ƣu tiên. Do đó toàn bộ vật thuận từ có mômen từ khác không, mômen từ tổng hợp sẽ cùng chiều với từ trƣờng ngoài nhƣ hình 1.3. Đây là hiệu ứng thuận từ [9]. Hình 1.3. Sự sắp xếp các momen từ nguyên tử  Một số chất thuận từ:  Các nguyên tử, phân tử sai hỏng mạng có số điện tử lẻ: Na tự do, ôxit nitơ dạng khí (NO)…  Các nguyên tử tự do với lớp vỏ không đầy: các nguyên tố chuyển tiếp, các nguyên tố nhóm Uran…  Các kim loại: thuộc nhóm 3d (nhóm sắt) : Cr, Mn, Co…; nhóm kim loại thuộc nhóm 4f (nhóm đất hiếm): Sm, Pm, Pr…  bạch kim = 2,9.105  Al  2,1.105  ôxy lỏng = 3,5.105 1.1.2.3. Trạng thái sắt từ Ở trạng thái sắt từ vật liệu từ có độ cảm từ lớn hơn 0 (   0 ), có giá trị lớn (cỡ hàng vạn, có một vài chất sắt từ chế tạo đặc biệt có thể lên tới hàng triệu). Khi ở một nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ xác định nào đó, trong vật sắt từ tồn tại độ từ hóa tự phát. Nghĩa là chất sắt từ tồn tại mômen từ tự phát ngay 8
cả khi không có từ trƣờng ngoài. Khi tăng nhiệt độ (giả sử đốt nóng chất sắt từ), tính chất từ của chúng giảm đi. Với mỗi chất sắt từ có một nhiệt độ xác định mà tại đó tính chất từ của nó biến mất [9]. Hình 1.4. Sự sắp xếp các momen từ nguyên tử Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ Curie ( Tc ). Ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ Curie, chất sắt từ trở thành chất thuận từ. Nhiệt độ Tc đƣợc gọi là nhiệt độ chuyển pha (trật tự  bất trật tự). Tại T = Tc một số tính chất liên quan đến trật tự từ sẽ dị thƣờng theo nhiệt độ nhƣ: hệ số giãn nở nhiệt, nhiệt dung của vật liệu, biến dạng từ giảo... Sự phụ thuộc của  vào T đƣợc biểu thị qua định luật Curie - Weiss: C  T  Tc Một số chất sắt từ: Fe, Ni, Co…một số hợp kim, kim loại đất hiếm. 1.1.2.4. Trạng thái phản sắt từ 4 Là vật liệu từ có độ cảm từ   0 , giá trị không lớn lắm (cỡ 10  1 ), có từ tính yếu. Dƣới một nhiệt độ xác định nào đó, tƣơng tác trao đổi giữa các electron ở lớp vỏ chƣa đầy làm cho các spin định hƣớng đối song và bù trừ lẫn nhau. 9
Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ Nell ( TN ). Khi nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ TN , sự sắp xếp spin trở nên hỗn loạn, tăng nhƣ vật liệu thuận từ. Sự phụ thuộc của  vào nhiệt độ [9]: C T  , (với: T  TN , N  1,   c ). T   Một số vật liệu sắt từ: Cr, Mn, MnO, NiO, FeO… Hình 1.5. Sự sắp xếp các momen từ nguyên tử 1.1.2.5. Trạng thái ferit từ (hay gọi chất ferit) Là vật liệu có độ cảm từ   0 , giá trị tƣơng đối lớn. Khi chƣa có từ trƣờng và T < Tc , trong tinh thể các spin sắp xếp phản song song với nhau. Tuy nhiên, do độ lớn của các spin khác nhau, nên chúng không bù trừ lẫn nhau, vì thế từ độ tổng cộng khác không ngay cả khi không có từ trƣờng ngoài. Từ độ tổng cộng này gọi là từ độ tự phát [9]. Nhƣ vậy, các ferit từ có trật tự từ tự phát dƣới nhiệt độ Tc . Khi T > Tc , trật tự từ bị phá vỡ và vật liệu trở thành vật thuận từ, Tc gọi là nhiệt độ chuyển pha. 10
Một số vật liệu ferit từ: CuO, ZnO, Fe2O3 … Hình 1.6. Sự sắp xếp các momen nguyên tử 1.1.3. Tính chất từ của băng từ mềm Tính chất từ mềm của băng từ nền Fe đƣợc thể hiện ở: - Giá trị của lực kháng từ HC cực nhỏ cỡ vài Oe. - Độ từ thẩm ban đầu và độ từ thẩm cực đại lớn: ~ 104 ÷ 105 - Cảm ứng từ bão hoà BS hay từ độ bão hoà MS lớn: khoảng vài Tesla (hợp kim Fe65Co35 đạt đƣợc 2,34T). - Hệ số từ giảo bão hoà λS rất nhỏ: ~ 10-5 ÷ 10-6. - Tính chất từ giảo mềm cao trong vùng từ trƣờng thấp: Độ cảm từ giảo χλ = dλ/dH ~ 10-2 T-1 trong vùng từ trƣờng nhỏ ~ mT. 1.1.4. Ứng dụng của băng từ mềm Trong thực tế không khó để bắt gặp các ứng dụng của băng từ mềm. Tính chất từ mềm của băng hợp kim vô định hình đã đƣợc ứng dụng rất đa dạng với số lƣợng rất lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Một số ứng dụng cụ thể của vật liệu băng từ mềm nhƣ: làm các vật liệu dẫn từ, lõi biến áp, các máy điện, rơle, nam châm điện, sensơ đo từ trƣờng, các cuộn cảm, cuộn chặn hay những màn chắn từ,.... Tại Việt Nam, phòng thí nghiệm Vật liệu từ Vô 11
định hình và Nanô - Viện Vật lý kĩ thuật - ĐHBKHN và nhà máy M1- Bộ Quốc phòng đã ứng dụng vật liệu từ mềm vô định hình để chế tạo máy biến áp tần số cao góp phần làm giảm trọng lƣợng của máy hàn cá nhân từ 50 kg xuống còn 5 kg, máy sục khí ôzôn. Đặc biệt với công nghệ này, nƣớc ta đã chế tạo và thay thế một số thiết bị khí tài quân sự trong nƣớc không cần nhập khẩu. Hình 1.7. Một số ứng dụng của băng từ mềm a – Hình ảnh băng từ; b – Các thiết bị máy biến áp và cuộn cảm; c – senso đo từ trường dựa trên hiệu ứng GMR của băng từ; d – senso đo ứng suất [1] Các nghiên cứu về băng từ mềm vô định hình vẫn chủ yếu tập trung vào các tính chất từ của chúng. Do từ giảo của các băng từ nền Fe và Co có hệ số từ giảo (λS ~ 10-6) rất nhỏ khi so sánh với các vật liệu từ giảo truyền thống dựa trên hợp kim đất hiếm – kim loại chuyển tiếp có từ giảo khổng lồ (λS ~ 10-3) nên đặc trƣng này không đƣợc quan tâm nghiên cứu và triển khai ứng dụng. Tuy rằng có hệ số từ giảo nhỏ nhƣng bù lại do các hợp kim này có tính chất siêu mềm nên quá trình từ hóa dễ dàng xảy ra trong từ trƣờng rất thấp, và do đó độ cảm từ giảo của các băng từ này là rất lớn khi so sánh với các vật liệu từ giảo truyền thống. Do tính chất mềm từ giảo của các băng từ này nên chúng cũng rất triển vọng cho các ứng dụng chế tạo các vật liệu “lƣỡng tính” 12