1 MỞ ĐẦU Vật liệu từ có cấu trúc và kích thước nanomet trong đó có các vật liệu pherit đang được nghiên cứu mạnh mẽ về các khía cạnh tính chất cơ bản cũng như các khả năng ứng dụng mới. Các vật liệu này có những tính chất từ đặc biệt và ưu việt hơn so với vật liệu khối, đáp ứng được các yêu cầu ứng dụng trong công nghệ hiện đại như ghi từ mật độ cao, y sinh học (chụp ảnh cộng hưởng từ MRI, nhiệt trị, dẫn thuốc ), năng lượng (làm lạnh từ ), môi trường (làm sạch nguồn nước, phân tách hóa chất thải ), sản xuất chất lỏng từ, mực in, điện tử viễn thông (linh kiện cao tần, linh kiện truyền dẫn tín hiệu ). Trong họ các vật liệu pheri từ mạnh dạng oxit kim loại, ngoài các vật liệu pherit cấu trúc spinel và lục giác có hai phân mạng từ tạo bởi các ion kim loại chuyển tiếp, pherit có cấu trúc cubic ganet là dạng hợp chất từ phức tạp hơn với 3 phân mạng từ trong đó phân mạng tạo bởi các ion đất hiếm có mômen từ đối song với hiệu mômen từ của hai phân mạng Fe. Phân mạng đất hiếm tương tác yếu với các phân mạng Fe, do đó ở vùng nhiệt độ thấp, phân mạng đất hiếm có mômen từ chiếm ưu thế và có đóng góp lớn vào dị hướng từ tinh thể chung của vật liệu. Tuy nhiên, khi nhiệt độ của hệ tăng lên, trường tương tác giữa phân mạng đất hiếm với hai phân mạng Fe giảm đi nhanh chóng dẫn đến sự giảm rất nhanh của mômen từ của phân mạng đất hiếm cũng như sự giảm dị hướng từ của vật liệu và ở vùng nhiệt độ cao mômen từ tổng của hai phân mạng Fe chiếm ưu thế. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra do 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 dưới nhiệt độ Curie (điểm bù trừ). Ở vùng nhiệt độ lân cận điểm bù trừ có những biến đổi dị thường trong tính chất từ của vật liệu như sự xuất hiện đỉnh cực đại của lực kháng từ, từ giảo, hiệu ứng từ nhiệt. Nhiệt độ Curie của vật liệu được quyết định bởi tương tác từ mạnh giữa hai phân mạng Fe nên các giá trị nhiệt độ Curie của các vật liệu pherit ganet chứa các nguyên tố đất hiếm khác nhau không chênh lệch nhau nhiều, xấp xỉ 560 K. 2 Khi kích thước của các vật liệu pherit giảm xuống thang nanomet, các tính chất vật lý và hóa học của vật liệu chịu ảnh hưởng của một số hiệu ứng chính bao gồm hiệu ứng kích thước tới hạn đối với các đại lượng vật lý, hiệu ứng bề mặt do phần vật chất ở bề mặt trên một đơn vị khối lượng chiếm một tỉ lệ lớn và sự phân bố giả bền của các cation trong khối thể tích hạt. Việc chế tạo và nghiên cứu các vật liệu pherit ganet ở thang nanomet có các tính chất kết hợp các tính chất riêng của vật liệu và các tính chất do hiệu ứng giảm kích thước, do vậy, là một hướng nghiên cứu thú vị và cần được tiến hành. Vật liệu pherit ganet dạng hạt kích thước nanomet đã bắt đầu được quan tâm từ những năm 1990. Các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào ảnh hưởng của các phương pháp chế tạo lên sự hình thành pha, các tính chất từ phụ thuộc kích thước hạt như mômen từ, lực kháng từ và một số ứng dụng của vật liệu tuy nhiên chưa có các nghiên cứu đầy đủ và toàn diện về ảnh hưởng của kích thước hạt lên nhiệt độ Curie, nhiệt độ bù trừ, các tính chất dị thường ở lân cận điểm nhiệt độ bù trừ, dị hướng từ và chuyển pha siêu thuận từ, các hiệu ứng từ bề mặt v.v. Do đó, trong luận án này, tác giả mong muốn đóng góp thêm các nghiên cứu về các tính chất từ nói trên. Đề tài nghiên cứu của luận án được lựa chọn là: “Nghiên cứu chế tạo và tính chất từ của pherit ganet R 3 Fe 5 O 12 (R = Y, Gd, Tb, Dy, Ho) kích thước nanomet ”. Mục tiêu của luận án: - Chế tạo được các hạt pherit ganet đơn pha R 3 Fe 5 O 12 (R = Y, Gd, Tb, Dy, Ho) có kích thước nanomet bằng phương pháp tổng hợp hóa học. - Nghiên cứu sự hình thành pha, thành phần hóa học, cấu trúc tinh thể, ảnh hưởng của hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng tới hạn lên các tính chất từ của các hạt chế tạo được. Phương pháp nghiên cứu: Thực nghiệm kết hợp phân tích số liệu dựa trên các mô hình lý thuyết, so sánh với các kết quả thực nghiệm đã được công bố. Mẫu được chế tạo bằng phương pháp sol-gel, cấu trúc và tính chất được nghiên cứu qua giản đồ phân tích nhiệt, giản đồ nhiễu xạ tia X, phổ tán sắc năng lượng tia X, ảnh hiển vi điện tử quét SEM và hiển vi điện tử quét truyền qua TEM, máy từ kế mẫu rung VSM và thiết bị giao thoa kế lượng tử siêu dẫn SQUID. 3 Bố cục luận án: Luận án được trình bày trong 5 chương, 116 trang, bao gồm hình vẽ và đồ thị, bảng số liệu. Cấu trúc cụ thể của luận án như sau: Mở đầu: Giới thiệu sơ bộ về tình hình nghiên cứu, lý do chọn đề tài nghiên cứu Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit ganet. Trong chương này tác giả trình bày cấu trúc, tính chất của vật liệu dạng khối và các nghiên cứu thực hiện trên hệ hạt kích thước nanomet. Chương 2: Giới thiệu tổng quan về các phương pháp chế tạo mẫu dạng hạt kích thước nanomet, các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của mẫu dạng hạt thực hiện trong luận án. Chương 3: Trình bày các kết quả nghiên cứu và thảo luận với các hạt nano Y 3 Fe 5 O 12 . Vật liệu này được lựa chọn nghiên cứu đầu tiên vì trong cấu trúc 3 phân mạng chỉ có 2 phân mạng sắt có từ tính, phân mạng thứ ba chứa ytri không từ tính. Chương 4: Trình bày các kết quả nghiên cứu và thảo luận với các hạt nano Gd 3 Fe 5 O 12 . Các hạt nano Gd 3 Fe 5 O 12 có ba phân mạng từ với Gd 3+ là ion đất hiếm không có mômen từ quỹ đạo nên vật liệu có tính đẳng hướng từ. Chương 5: Trình bày các kết quả nghiên cứu và thảo luận với các hạt nano R 3 Fe 5 O 12 (R = Tb, Dy, Ho). Các mẫu hạt này có cấu trúc 3 phân mạng từ chứa các ion đất hiếm nhóm nặng, có tính dị hướng lớn. Kết luận và kiến nghị: Tổng hợp các kết quả nghiên cứu chính của luận án và kiến nghị các hướng nghiên cứu tiếp theo Tài liệu tham khảo Danh mục các công trình sử dụng trong luận án và công trình có liên quan đến luận án. 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHERIT GANET 1.1 Pherit ganet dạng khối 1.1.1 Cấu trúc tinh thể của pherit ganet Pherit ganet có cấu trúc lập phương tâm khối, thuộc nhóm không gian Oh 10 – Ia3d [1,2]. Một ô đơn vị của pherit ganet chứa 8 đơn vị công thức {R 3 }[Fe 2 ](Fe 3 )O 12 , trong đó R chủ yếu là các ion thuộc nhóm đất hiếm như Sm, Eu, Gd, Ho, Dy, Tb, Er, Tm, Yb, Lu và Y. Các ion kim loại trong pherit ganet phân bố trong 3 vị trí tinh thể tạo bởi các ion oxy, ion đất hiếm chiếm vị trí lỗ trống 12 mặt (vị trí 24c), các ion Fe 3+ 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 mô tả vị trí các ion và hình ảnh mô phỏng các phân mạng trong cấu trúc của pherit ganet. (a) (b) Hình 1.1 Vị trí các ion (a) và hình ảnh mô phỏng các phân mạng trong cấu trúc của pherit ganet (b) [3] Trong 3 vị trí lỗ trống của các ion kim loại trong cấu trúc ganet, lỗ trống lớn nhất là lỗ trống 12 mặt (24c), có cấu trúc trực thoi, thuộc nhóm không gian D 2 - 5 222. Do các ion đất hiếm có bán kính lớn hơn ion sắt nên chúng chỉ chiếm vị trí này. Vị trí lỗ trống lớn thứ hai là vị trí 8 mặt (16a), có cấu trúc 8 mặt thuộc nhóm C3i-3. Vị trí nhỏ nhất là vị trí 4 mặt (24d), có cấu trúc 4 mặt thuộc nhóm S4-4. 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. Khoảng cách giữa các ion lân cận trong tinh thể ytri pherit ganet (YIG) được chỉ ra trong bảng 1.1. Theo bảng này, khoảng cách giữa ion Fe 3+ trong 2 phân mạng a và d và ion O 2- (tương ứng là 2,01 và 1,87 Å) nhỏ hơn khoảng cách giữa ion Y 3+ và ion O 2- (2,37 và 2,43 Å). Điều này là một trong hai nguyên nhân lý giải tương tác từ giữa các ion Fe 3+ 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 YIG [4] Ion Ion Khoảng cách (Å) Y 3+ (c) 4Fe 3+ (a) 6Fe 3+ (d) 8O 2- 3,46 3,09; 3,79 2,37 ; 2,43 Fe 3+ (a) 2Y 3+ 6Fe 3+ 6O 2- 3,46 3,46 2,01 Fe 3+ (d) 6Y 3+ 4Fe 3+ 4Fe 3+ 4O 2- 3,09 ; 3,79 3,46 3,79 1,87 Hằng số mạng của các pherit ganet đất hiếm giảm theo kích thước ion kim loại đất hiếm, có giá trị trong khoảng từ 12,283Å đến 12,529Å tương ứng với ion Lu 3+ và Sm 3+ . Giá trị hằng số mạng của các pherit đất hiếm và bán kính ion kim loại đất hiếm tương ứng được liệt kê trong bảng 1.2. Geller đã thay thế một phần các ion kim loại đất hiếm (từ La 3+ đến Pm 3+ ) và nhận thấy hằng số mạng của pherit ganet có thể đạt đến giá trị lớn nhất là 12,538 Å [5]. 6 Bảng 1.2 Bán kính ion của đất hiếm và hằng số mạng của pherit ganet tương ứng [5] Nguyên tố R Bán kính ion R 3+ (Å) Hằng số mạng của pherit R 3 Fe 5 O 12 (Å) Y 1,015 12,376 Sm 1,09 12,529 Eu 1,07 12,498 Gd 1,06 12,471 Tb 1,04 12,436 Dy 1,03 12,405 Ho 1,02 12,375 Er 1,00 12,347 Tm 0,99 12,323 Yb 0,98 12,302 Lu 0,97 12,283 Ngoài ra, Fe 3+ có thể được thay thế bằng nhiều ion trong phân mạng tứ diện như Al 3+ , Ge 4+ , Ga 3+ , Ti 4+ , Co 2+ , Co 3+ , Sn 4+ , Fe 4+ , V 5+ , Si 4+ . Do lỗ trống bát diện (phân mạng a) lớn hơn lỗ trống tứ diện (phân mạng d) nên việc thay thế các ion Fe 3+ bằng các ion khác cũng được mở rộng hơn. Ngoài các ion kể trên còn có các ion khác được thay thế như Sb 5+ , Ru 4+ , Mn 3+ , Ni 2+ , Hf 4+ , Mg 2+ … Một điều đáng lưu ý là khi thay thế các nguyên tố trong ganet, ngoài độ lớn lỗ trống cho phép các bán kính ion thay thế, biểu thức hóa học của ganet phải được cân bằng hóa trị. Chính vì vậy, các pherit ganet thông thường có điện trở suất rất lớn. Với một số trường hợp, các ion thay thế vào Fe 3+ có thể chiếm cả hai vị trí d và a của Fe 3+ , ví dụ như các ion Ga 3+ và Al 3+ , khi đó ta có các ganet Y 3 Ga 5 O 12 và Y 3 Al 5 O 12 [6]. Các ion Mn 2+ và Fe 2+ có thể cùng chiếm vị trí phân mạng a và c trong khi In 3+ , Sc 3+ và Cr 3+ ưu tiên vào vị trí phân mạng a. Sự ưu tiên các vị trí phân mạng của các cation thay thế vào ganet đã được giải thích dựa trên lý thuyết thống kê của Gilleo [7]. 7 Việc thay thế các nguyên tố đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu cấu trúc cũng như các tính chất vật lý của các pherit ganet. Bằng việc pha tạp các nguyên tố từ tính vào phân mạng không từ tính hoặc nguyên tố phi từ vào phân mạng từ của ganet, ta có thể tính toán được tương tác trao đổi giữa các phân mạng và tạo nên vật liệu có các tính chất từ đặc biệt. 1.1.2 Các tính chất từ của pherit ganet 1.1.2.1 Mômen từ Mômen từ của pherit ganet phụ thuộc vào mômen từ của các ion Fe 3+ trong phân mạng a, d và ion kim loại đất hiếm R 3+ trong phân mạng c. Fe 3+ là kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm 3d, có số điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng là 5, tương ứng với mômen từ spin là S = 5µ B , mômen từ qũy đạo bị đóng băng, không đóng góp vào mômen từ của ion Fe 3+ . R 3+ là kim loại đất hiếm thuộc nhóm 4f, mômen từ của nguyên tử J của chúng được đóng góp bởi mômen từ spin S và mômen từ quỹ đạo L: J = S+L. Các ion kim loại 3d và 4f trong cấu trúc của ganet bị ngăn cách bởi các ion oxy có bán kính lớn (r = 126 pm) nên tương tác giữa các ion kim loại từ tính là tương tác trao đổi gián tiếp, thông qua ion oxy. Mô hình tương tác trao đổi gián tiếp do Kramers [8] đưa ra, áp dụng đầu tiên cho tinh thể phản sắt từ MnO. Mô hình này cũng được áp dụng để giải thích cho tương tác trao đổi trong pherit ganet, trong đó các tương tác này xảy ra giữa các ion 3d (Fe - Fe), 4f (R - R) và 3d - 4f (Fe - R). Bản chất của tương tác là sự 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 tác Fe 3+ − O 2- − Fe 3+ phụ thuộc vào khoảng cách và góc giữa các ion Fe 3+ và O 2- . Sự sắp xếp ion Fe 3+ − O 2- − Fe 3+ hợp thành góc 180 o có tương tác lớn nhất vì xác suất phủ các đám mây điện tử là nhiều nhất. Khi góc liên kết Fe 3+ − O 2- − Fe 3+ lập thành một góc 90 o , xác suất phủ các đám mây điện tử 22 xy d  và p x là nhỏ nhất và tương tác có cường độ yếu nhất. 8 Bằng cách thay thế một phần ion Fe 3+ trong YIG bởi các ion không từ tính và quan sát trên phổ nhiễu xạ nơtron, Geller và Gilleo đã tính toán được góc trong các liên kết trao đổi gián tiếp này [9]. Giá trị các góc liên kết trong YIG được liệt kê trong bảng 1.3, trong đó góc của liên kết Fe a 3+ – O 2- – Fe d 3+ là lớn nhất (125,9 o ), các góc liên kết Fe d 3+ – O 2- – Y 3+ và Fe a 3+ – O 2- – Y 3+ nhỏ hơn (tương ứng là 123 o và 104,7 o ). Khi thay thế ion R 3+ vào vị trí Y 3+ , các góc liên kết trên không thay đổi đáng kể. Khoảng cách giữa các ion từ tính và ion oxy đã nêu trong bảng 1.2 cùng với giá trị các góc liên kết trong bảng 1.3 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. Bảng 1.3 Góc trong các liên kết giữa các ion kim loại trong YIG [9] Ion Góc ( o ) Fe 3+ (a) – O 2- – Fe 3+ (d) Fe 3+ (a) – O 2- – Y 3+ Fe 3+ (a) – O 2- – Y 3+ 125,9 102,8 104,7 Fe 3+ (d) – O 2- – Y 3+ Fe 3+ (d) – O 2- – Y 3+ Y 3+ – O 2- – Y 3+ 123,0 92,2 104,7 Fe 3+ (d) – O 2- – Fe 3+ (d) Fe 3+ (d) – O 2- – Fe 3+ (d) Fe 3+ (d) – O 2- – Fe 3+ (d) Fe 3+ (d) – O 2- – Fe 3+ (d) 86,6 78,8 74,7 74,6 Như vậy, trong pherit ganet đất hiếm tồn tại tương tác giữa các ion từ trong cùng phân mạng và giữa các phân mạng. Độ lớn của các tương tác được đặc trưng bằng tích phân tương tác trao đổi J aa , J dd , J cc , J ad , J dc và J ac trong đó J aa , J dd , J cc là tích phân tương tác trao đổi giữa các ion trong cùng phân mạng, J ad , J dc và J ac là tích phân tương tác trao đổi giữa các phân mạng. Tích phân tương tác trao đổi trong pherit ganet thường có giá trị âm, độ lớn của nó phụ thuộc vào sự đối xứng của các quỹ đạo điện tử, định hướng không gian của chúng và khoảng cách 9 giữa các ion [10]. Bảng 1.4 đưa ra các giá trị tích phân trao đổi trong YIG và Gd 3 Fe 5 O 12 (GdIG) được xác định bằng các phương pháp thực nghiệm khác nhau. Với ganet GdIG, các giá trị tương tác giữa các ion Fe 3+ ở hai phân mạng a và d cũng tương đương như trong ganet YIG. Các giá trị của tích phân trao đổi trong bảng cho thấy J ad có giá trị lớn nhất: J ad > J dd > J aa . Tương tác trao đổi giữa các ion Fe 3+ và ion kim loại đất hiếm đặc trưng bởi giá trị J dc và J ac có giá trị nhỏ so với J ad . Tương tác giữa các ion kim loại đất hiếm gần như bằng 0. Do vậy, có thể nói, tương tác trong hai phân mạng a và d quyết định trật tự từ, cụ thể là nhiệt độ Curie của pherit ganet. Bảng 1.4 Giá trị tích phân trao đổi của pherit ganet YIG và GdIG [10] Pherit Y 3 Fe 5 O 12 Phương pháp xác định T C (K) J ad (K) J dd (K) J aa (K) Phương pháp trường phân tử Đo mômen từ Cộng hưởng từ hạt nhân 553 -34,8 -36,6 -32,4 -14,8 -17,2 -2,9 -8,3 -12,4 -0,7 Pherit Gd 3 Fe 5 O 12 Phương pháp xác định T C (K) J dc (K) J ac (K) J cc (K) Phương pháp trường phân tử Phương pháp sóng spin 560 -3,7 -10,1 -0,44 -2,52 0 - Mối quan hệ tương tác giữa ba phân mạng từ quyết định giá trị mômen từ tổng của pherit ganet. Năm 1948, Néel đã đưa ra mô hình lý thuyết làm sáng tỏ cơ chế vi mô về tương tác cho các vật liệu pheri từ [11]. Áp dụng mô hình Néel cho các hợp chất ganet, mômen từ của các ion Fe 3+ 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 10 của mômen từ của hai phân mạng a và d. Trật tự từ trong các phân mạng của pherit ganet được mô tả như sơ đồ ở hình 1.2 dưới đây: {R 3 3+ } [Fe 3+ ] (Fe 3+ ) 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 có thể viết dưới dạng: M = 3M R – (3M Fe – 2M Fe ) (1.1) Đối với YIG, do Y 3+ không có mômen từ nên mômen từ của YIG do các ion Fe ở hai phân mạng d và a quyết định, hay M YIG = M Fe d - M Fe a . Mômen từ của YIG phụ thuộc nhiệt độ tuân theo định luật Curie – Weiss. Hình 1.3 mô tả mômen từ bão hòa của hai phân mạng a và d trong YIG theo nhiệt độ, theo nghiên cứu của Anderson [1,2]. Hiệu hai giá trị mômen từ này là giá trị mômen từ theo nhiệt độ của YIG. Hình 1.3. Sự phụ thuộc nhiệt độ của giá trị mômen từ bão hòa của các phân mạng và mômen từ tổng của YIG [1,2] [...]... vật lý của vật liệu Bên cạnh các tính chất từ, các nghiên cứu còn quan tâm đến các tính chất điện, tính chất quang cũng như các ứng dụng liên quan của vật liệu 1.2.1 Các hạt nano YIG 1.2.1.1 Ảnh hưởng của công nghệ chế tạo lên cấu trúc và kích thước hạt Pherit ganet YIG dạng hạt kích thước nanomet là vật liệu được nghiên cứu nhiều hơn cả trong số các công trình nghiên cứu về vật liệu pherit ganet dạng... phòng Do v y, vật liệu từ kích thước nanomet là đối tượng được quan tâm nghiên cứu trong một vài thập kỉ gần đây Trong mục n y, tác giả sẽ lược kê một số nghiên cứu về vật liệu pherit ganet dạng hạt ở kích thước nanomet được công bố trong khoảng 25 năm trở lại đây và tiềm năng ứng dụng của chúng Đối tượng được nghiên cứu bao gồm các pherit ganet nguyên chất, các pherit pha tạp nguyên tố từ tính vào phân... thuận từ vì phương của các vật liệu ganet sắt từ này là phương dễ từ hóa [38–40] 25 1.2 Pherit ganet dạng hạt kích thước nanomet Các tính chất từ của vật liệu pherit dạng khối thường là ổn định, tỉ lệ diện tích bề mặt so với thể tích của mẫu là nhỏ và ảnh hưởng của các trạng thái bề mặt có thể bỏ qua Tuy nhiên, khi kích thước giảm xuống thang nanomet, vật liệu thể hiện một số tính chất độc đáo và. .. mạng c của YIG hoặc của các hợp chất RIG pha tạp nguyên tố phi từ vào phân mạng Fe trong một số pherit ganet đất hiếm Các hệ vật liệu nano dạng hạt này được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau như nghiền bi, đồng kết tủa, sol-gel có kích thước từ 1,5 nm đến vài trăm nanomet Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào khảo sát sự ảnh hưởng các điều kiện công nghệ chế tạo mẫu đến cấu trúc và tính chất vật... Hình 1.4 Sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ bão hòa của các pherit ganet R3Fe5O12 (R = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y) [3] Có thể nhận thấy giá trị Ms ở nhiệt độ thấp 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... 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) 1.2.1.3 Ảnh hưởng của kích thước hạt lên lực kháng từ Lực kháng từ 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 1.18 dưới đây và Hình 1.17 Mômen từ bão hòa... độ của mômen từ bão hòa của cả ba phân mạng d, a và c của GdIG Giá trị mômen từ bão hòa, nhiệt độ Curie và nhiệt độ bù trừ của một số pherit ganet đất hiếm ở 4 K và 300 K được liệt kê trong bảng 1.5 11 Hình 1.5 Sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ bão hòa của ba phân mạng trong pherit ganet Gd3Fe5O12 Bảng 1.5 Giá trị mômen từ bão hòa Ms, nhiệt độ Curie TC và nhiệt độ bù trừ Tcomp của một số pherit ganet. .. 12,376 10-8 cm, TC = 550 K và K1 = 6,1103 erg/cm3, kích Hình 1.19 Lực kháng từ Hc phụ thuộc vào kích thước hạt D của các hạt nano YIG [59] thước tới hạn đơn đômen thu được là Ds = 190 nm theo phương trình trên - Miền có kích thước D < Ds tức là kích thước hạt nằm trong vùng siêu thuận từ Tại đ y, lực kháng từ Hc của mẫu bằng 0, vì lúc này hiệu ứng nhiệt đủ mạnh để tự động khử từ của hạt, những hạt... mômen từ tổng của vật liệu Các giá trị mômen từ tự phát xác định từ thực nghiệm và theo tính toán lý thuyết của một số pherit ganet được liệt kê trong bảng 1.7 Có thể th y, ngoại trừ GdIG, ở các pherit ganet có mômen từ phân mạng đất hiếm bị lệch so với phương , mômen từ tự phát của chúng đều nhỏ hơn so với giá trị mômen từ tính theo lý thuyết Bảng 1.7 Mômen từ thực nghiệm và theo lý thuyết (µB) của. .. < D < Ds với Dc là kích thước đơn đômen: Lực kháng từ giảm khi kích thước hạt giảm do có hiệu ứng nhiệt Theo nghiên cứu của nhóm Sanchez [59] trên hạt nano YIG, đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lực kháng từ vào kích thước hạt như trên hình 1.19 Ngoại suy giá trị Hc về 0 cho thấy đường Hc(D) cắt trục kích thước hạt tại giá trị D = 35 nm hay kích thước giới hạn của hạt siêu thuận từ là 35 nm Giá trị . cứu chế tạo và tính chất từ của pherit ganet R 3 Fe 5 O 12 (R = Y, Gd, Tb, Dy, Ho) kích thước nanomet ”. Mục tiêu của luận án: - Chế tạo được các hạt pherit ganet đơn pha R 3 Fe 5 O 12 (R. việc nghiên cứu cấu trúc cũng như các tính chất vật lý của các pherit ganet. Bằng việc pha tạp các nguyên tố từ tính vào phân mạng không từ tính hoặc nguyên tố phi từ vào phân mạng từ của ganet, . thể tính toán được tương tác trao đổi giữa các phân mạng và tạo nên vật liệu có các tính chất từ đặc biệt. 1.1.2 Các tính chất từ của pherit ganet 1.1.2.1 Mômen từ Mômen từ của pherit ganet