Thông tin tài liệu
MUC LUC ‘Trang phu bia Lời cam đoạn Lời cảm ơn Mục lục DANH SÁCH CÁC HÌNH VỀ MỞ ĐẦU Ly dochon db Mye tdwcind i Noi dung gin ci tung va pom vi gh i Phuong php nhién cow ev hn a, NOI DUNG: Chuong NGHIEN CUU LY THUYET TONG QUAN Từ học nguyên từ LỊA, - Thưưởng 10 10 10 112, Teas 113, Cis ing i 114 - Đột thin va heb arta "Mơ hình bing cho hệ spa định xứ ý thuyết tng rung bình, 121 - MObinh ing cho be spin daha 122 - Lýthuyễtườngtrưnghinh, " Các tính chất nhit động lục học hệ tính Là - Cáchệthứcnhiệch vi calor 132 - Tínhtốnmơmentừ dưanvảtlý thốngkệ, 23 12 12 B B Chương 24 NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHÁT NHIỆT ĐỘNG CỦA CHUỖI SPIN VỚI MÔ HINH ISING TRONG TU TRUONG NGANG 25 24 Giới thiệu 28 22 `Mơ hình đại lượng nhiệt động lực học 25 221 Mômenti, 3s 222, Độcàmtt 35 223 224, Nộ Nhigt dung rgng 38 23, Kết luận chương 39, KẾT QUÁ TÍNH SỐ VÀ THẢO LUẬN 31 Trong gần trường trung binh (MFA) 40 32 KếMluậnchương3 48 KẾT LUẬN s0 TÀI LIỆU THAM KHẢO sl DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ r Sự xếp định hướng trật tự momen từ nguyên tử số vật liêu từ, phản từ fe từ Is 12 Sơ đồ cấu trúc đômen tong momen sắt từ, vùng vách ngăn Các vecto momen tir (mai tên) định hướng đổi song song cặp dẫn cđến từ độ vật 16 13 Sự xoay hướng veoto đômen từ vách Bloch hai đômen 1? 14 Mơ hình cấu trúc đơmen sắt từ 17 1s 'Q trình từ hóa vật liệu sắt từ 18 16 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ độ từ hóa theo lý thuyết trường phân tử Weiss 20 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rit gọn thành phẫn z mơmen từ với giá trì khác từ trường ngang ñu/2 ởđây từ trường dọc ð:= 0, $= a 32 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn thành phần z độ cảm từ với giá trí khác từ trường ngang /y/J, từ trường doc why = 0001 33 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn thành phin x mômen từ với giá trị khác từ trường ngang /u/J,ở từ trường dọc 34 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ út gọn thành phần x độ từ hóa với giá trị khác từ trường ngang ñ/J, từ trường dọc whl = 0,001 35 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn nội với giá trị khác từ trường ngang lụ, từ trường doc /ii⁄7 = 0,001 36 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn thành phần z mômen từ với giá trị khác từ trường dọc fs, từ trường ngang ñự// = 1, 37 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn thành phần x mômen từ với giá trị khác từ trường dọc ñ;, từ trường ngang hy/J = 1, 38 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn nội với giá trị khác từ trường doc hy, từ trường ngang i7 = 1, 39 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn thành phẫn z độ tự cảm với giá trị khác từ trường doc hy, day từ trường ngang hy/J = 0,01 3.10 Sự phụ thuộc vào từ trường ngang thành phn x va = cha mômen tit, từ trường dọc đy/ = 0,S= Ì r =0,1 3.11 Sự phụ thuộc vào từ trường ngang thành phần z độ tự cảm với giá trị khác từ trường dọc ñ;, z = 0,1 3.12 Sự phụ thuộc vào từ trường đọc thành phần x mômen từ, từ trường ngang hy/J = 4g Ly chon dé tai ‘Vat ligu tir phát cách hàng nghìn năm ứng dụng tiêu biểu thời kỉ kim la Chính la tạo điều kiện cho ngành hàng hai phat triển, gop ph tim ta lục địa Việc phát loại vật liệu với tính chất đặc biệt tạo bước ngoặt lớn tiễn loài người Ngày nay, vật liệu nano loại vật liệu quan trọng sử dụng để nghiên cứu sản bị điện tử Dễ hiểu ính chất từ loại vật liệu số mơ hình truyền thống Heisenberg, XY lsing sử dụng gi nhiều phương pháp lý thuyết khác [12] ~ [13] Mục tiêu nghiên cứu nhà khoa học đối ï hệ vật liệu hướng tới việc tìm tồi chế tạo vật liêu với c tỉnh chất đặc biệt nhằm phục vụ cách mang khoa học kỹ thuật tương lai Theo dinh ly Mermin- Wagner [14], khơng tồn trật tư từ mơ hình Heisenberg thấp chiễu với tương tác trao đổi đẳng hướng nhiệt độ xác định Tuy nhiên, xuất tính dị hướng mơ hình định lý Memin- Wagner bị ví phạm Trong số mơ hình dị hướng, mơ hình lsing ngang đồng vai trị quan trọng tính đơn giản hữu hiệu để giải thích rộng, rãi loại chuyển pha bao gồm chuyển pha lượng từ [13] Mơ hình lsing (1920) mơ hình tốn học đơn giản cho trợng từ học thống kê [15] Mơ hình bao gồm biến độc lập gọi spi nhân hai giá trị -1 Các biển spin xếp mang tinh thé nút mạng tương tác với lân cận nhà khoa học Ersnt xây dựng với số lý thuyết nêu cơng trình khoa học sở để giải thích cho trình chuyển pha từ hệ từ pha tạp mạnh có cạnh tranh tương tác Từ cơng trình Ising đời, từ học hệ chiều trở thành vấn để quan tâm nghiên cứu liên tục lý thuyết lẫn thực nghiệm Các nhà nghiên cứu thể giới di sâu vào nghiền cứu chuỗi spi chuỗi pin đỗi tưng nghiền cứu cho tiễn tỉnh thơng tn lượng tử tính chất nhiệt động hệ từ chiều mơ hình lsing trong, đề thụ hút nhiễu quan tâm nhà khoa học thể giới, kể cđến số cơng trình tiêu biểu sau: mơ hình lsing sử dụng để nghiên cứu chuyển pha lượng tử hệ thấp chi tổng hợp cơng trình [13] nhóm tác giả S Suzuki, Jun-ichi Inoue vi B.K Chakrabarti; ed sit tir Heisenberg chigu véi spin nguyén va spin nguyên có hành vỉ từ khác tiên đoán E D M Haldane [16j: nhóm tác giả Z Huang, E Zhang, Y Du [7] sử dụng phương pháp mô phong Monte Carlo nghiên cứu hành vi độ từ hóa chuỗi spin fer tr vi céch sp xép pit tap pin kh cổ trường ngồi Khơng nằm ngồi xu hướng chung cia thé giới, vài năm gắn hệ từ tính thấp chiều thu hút nhiều nhóm nước Nghiên cứu lý thuyết mạnh vấn để kể đến nhóm c S TS Bạch Thành Công trường Dai hoc Khoa học Tự nhiên Hà Nội, tập trung vào nghiên cứu tính chất hệ spin giả hai chiều cụ th mảng mơng kích thước nanơmết sử dụng phương pháp ch phân phiếm hàm [I0], [H], [I8] Ti trường Đại học Sơ phạm Hu, có iu lun văn thạc sĩ bảo ề thành công Nguyễn Thị Phương Thảo 5] Lê Thị Tường Vi [l] nghiền cứu sác tính chất nhiệt động lực họ chuỗi spin với mô hình XXZ mơ hình XXX, Nguyễn Hữu Cảnh [3] Lương Trí Thành [2] nghiên cứu ảnh hướng canh tranh tương tae JJ n tính chất nhiệt đơng lực học chuỗi spin tuyển tính chuỗi spin zig-zag, Trang Sÿ Dũ [6] nghiên cứu tính chất nhiệt động mạng spin hình vng đơn giản với mơ hình Heisenberg đị hướng Trịnh Quỳnh Anh [7] nghiên cứu ảnh hưởng dị hướng đơn ion lên tính chất nhiệt động cia mang spin hình vng đơn giản với mơ hình Heisenberg đẳng hướng Tuy nhiên luận văn này, tác giả chưa đưa vio từ trường ngang (chỉ có từ trường doc) mơ hình nghiên cứu ` lý trên, tối da lua chon “Nghién cứu tính chất nhiệt động lực hoc chuỗi spin với mơ hình ling ong trường ngang” làm đề ải nghiên cứu cho luận văn thạc sĩ Mục tiêu đề tài "Nghiên cứu ính chất nhiệt động lượng tự do, nội năng, độ từ hóa đồ cảm từ chuỗi sgin với mơ hình bing từ trường ngang Nội dung nghiên cứu ~ _ Mơ hình lsing phương pháp gần trường trung ~ _ Mơ hình ling trường ngang = Cac tinh chất nhiệt động chuỗi spin ~ _ Nghiên cứu phụ thuộc đại lượng nhiệt động vào nhiệt độ từ trường, Đối tượng pI vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu “Các tính chất nhiệt động chuỗi spin 5.2 Phạm vi nghiên cứu ĐỀ ti giới han nghiên cứu số tính chất nhiệt động lượng tư do, nội năng, độ từ hóa độ cảm từ chuỗi spin với mơ hình Ising có mặt tir trường ngang gần trường trung bình Phương pháp nghiên cứu ~ _ Phương pháp gần tường trung bình = Phuong phap chéo hóa —_ Phương pháp số Bố cục luận văn 'Ngoài mục lục, phụ lục tài liệu tham khảo, luận văn chia làm phần + Phần mở dẫu: Tránh bảy lý chọn để tả, mục iu cia dé ti, lich sử nghiên cửa, nội dụng nghiên cứu, đối tượng phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu bố cục luận văn .® Phần nội dung: Gồm chương Chương 1: Nghiên cứu lý thuyết tổng quan từ học Chương 2: Nghiên cứu tính chất chuỗi spin với mơ hình ling tử trường ngàng Chương3: Trình bảy kết tính số thảo luận ® Phần kết luận: Trình bày kết đạt hướng phát triển đề tài NOI DUNG Chương I NGHIEN CUU LY THUYET TONG QUAN “Chương trình bày mặt số kiến thức bao gầm khái niệm vỀ từ trưởng, từ độ, cảm ứng từ, độ cảm từ hệ số tie thẳm, mổ hình lùng, áp dụng lý duọđt trường trung bình củo mồ ình hing, đưa giới Hiệu vẻ đại lượng nhiệt động lượng tự đo, nội năng, nhiệt dụng riêng, mổ men từ độ cảm từ hệ inh 1.1 Từ học nguyên tử “Từ học ngành khoa học nghiễn cứu v tượng hút chất hợp chất gây từ tính chúng Mặc dù chất hợp chất bị ảnh hưởng từ trường tạo nam châm với mức độ tong số chúng có phân ứng rắt để nhận thấy sắt, thép, ð-xít sắt Những chất hợp chất ó từ tính đặc bit đối tượng từ học dung để chế tạo sin phẩm phục vụ người gọi vật liệu từ 1.11 Từ trường “Trước có khát niệm từ trường, khoảng khơng gian cục từ chịu lực tác dụng [1], ta lưu ý với điện ích có hai Chương KẾT QUẢ TÍNH SĨ VÀ THẢO LUẬN Trong chương này, từ biẫu thức giải tich thu chương 2, sử dụng phần mêm matlab đẻ đưa kết tính số cho đại lượng nhiệt động chuỗi spin, từ đố tim phụ thuộc vào nhiệt độ vào cường độ từ trường ngang đọc số đại lượng nhiệt động lượng tne do, ede thành phần theo phương Ox O= mômen từ thành phần theo phương Ox Oz độ tự cảm, Trong phần tính tốn số, sử pin lân cận gần chuỗi spin tuyén dọc lẫn lượt biểu diễn ñự/ lượng tự F = Z/J, nội U= U// dụng số tương tác trao đổi tinh J lim đơn vị, cụ thể từ trường ngang, /øh, //, nhiệt độ z=7//, độ tự cảm z = z,7 3.1, Trong gần trường trung bình (MEA) Hình 3.1 hình 33 biểu diễn phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn mômen từ theo phương Oz (m.) phương Óx (m,) với giá trị khác từ trường ngang hy (/i 2Ÿ Øv) từ trường đọc (đy = 0, ͬ T1 0z) Bởi vi hướng trung bình mơmen từ lựa chọn theo phương, lo =0 va hy = 0, tắt spin có định hướng T†T'TTT theo phương Oz, lúc hệ khơng có thành phần mơmen từ theo phương Ĩx, có thành phần mơmen từ 40 theo phương Ĩ= mơ hình chúng tơi xét mơ hình Ising Khi ting tir trromg ngang hy, mômen từ từ vị trí ban đầu quay dần phương fn TT Or, dẫn tới làm giảm thành phần mômen từ theo phương Ø= lại làm tăng thành phan mômen từ theo phương Øx (xem thêm hình 3.10), từ hình vẽ thấy nhiệt độ chuyển pha (chuyển từ pha có trật tự (Sắt từ) sang pha bất trật tự (thuận tử), ứng với m,(r,)=0 hình 3.1) giảm tương ứng Các kết biểu hình vẽ 32 3.4, phụ thuộc vào nhiệt độ độ cảm tir z, z, với giá trị khác từ trường ngang đồ tong hình 3.2 chúng tơi tìm thấy điểm chuyển pha bie hai ứng với định đường cong Z, dịch chuyển phía vùng nhiệt độ giảm độ cao cdinh giảm dẫn từ trường ngang tăng Mình 3.1: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn thành phan = cia mômen từ với giá tị khác từ trường ngang ñ,//, từ trường dọc ñ; =0, S= L 41 Mình 3.3: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn thành phần z độ cảm từ với gi trị khác từ trường ngang hy/J từ trường đọc /È-/7 = 0,001 Minh 3.3: Sự phụ thuộc vio nhiệt độ rút gọn thành phẫn x mômen từ với các, giá trị khác từ trường ngang ñ/, từ trường đọc l0, “ 05, 046 Hình 3.4: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn thành phầnx độ từ hóa với giá tr khác từ trường ngang ñ,/2, từ trường dọc /gx⁄/ = 0,001 Hình 3.5: Sự phụ thuộc vio nhiệt độ rút gọn nội với giá trị khác từ trường ngang hy, từ trường dọc why/J = 0,001 Mình 3.6: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn thành phan = cia mémen tir véi giá trị khác từ trường doc his, từ trường ngang fy/J = 1, S= 05 045| 04| 1035 03 023 021 Mình 3.7: Sự phụ thuộc vio nhiệt độ rút gọn thành phẫn x mômen từ với các, giá trị khác từ trường doc hs, từ trường ngang hy/J = 1, S= Hình 3.8: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rút gon nội với giá trị khác từ trường dọc lạ, từ trường ngang hy/J = 1, $=1 40 20 10 ——nh,JJ=00 —nh,l=04 nhạt —— nh,U=04 Mình 3.9: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ rút gọn thành phần z độ tự cảm với giá trị khác từ trường đọc ñ›, từ trường ngang đ/7 = 0,01 Hình 3.6 hình 3.7 phụ vào thuộc nhiệt độ rút gọn z đại lượng m, mụ thay đối từ trường doc hs, dy hy "Ngược lại với trường hợp trên, tăng ñy, m„ tăng va m, gidm, nhiệt độ chuyển pha tăng tương ứng Khi 1s đủ lớn, thấy bai hình khơng xác định điểm chuyển pha bậc Các kết hình 3.9, mơ tả phụ thuộc vào hit độ đồ căm từ với giá t khác từ trường dọc, đồ hình vẽ tăng định nhọn đường cong Z, chuyển thành đính mở rộng, ứng ới khơng tìm thấy điểm chuyển pha bậc Từ hình 3.1 ~ 39, cổ thể thấy rũng tật tư từ hệ giảm theo nhiệt độ, có cạnh tranh lượng nhiệt, lượng đo tương tác trao đổi lượng tương tác hệ spin với tử trường ngồi Dựa vào hình vẽ xác định nhiệt độ chuyên pha r, ứng với m, = (các điểm chuyển pha bậc một) 0| £ —m, 0.6 04| 02] T hyŨ Hình 3.10: Sự phụ thuộc vào từ trường ngang thành phần x va z mômen từ, từ trường đọc đ;⁄/ = 0, §= r=0,1 inh 3.10 chi sy phy thuộc vào từ trường ngang thành phần z x mơmen từ r =0,1 khơng có từ trường dọc, đ; = Từ hình vẽ có th thấy kh tăng từ trường ngang l, m, giảm dẫn không m, tăng dẫn đến giá tr bio hịa Từ xác định điểm tối hạn từ trường ngang ñịc, điểm ứng với m,(h„)=0 m,(¿) đạt giá trị bão hịa Hình 3.11 mơ tả phụ thuộc vào từ trường ngang thành phẫn z độ cảm từ z = 0,1 thay đổi từ trường đọc lọ từ hình vẽ thấy kh 8; đủ lớn xác định điểm tới hạn từ trường ngang, đỉnh nhọn đường cong Z, ứng với nh 8 J 0.01 chuyên thành đnh mở tộng khí “È pha bậc hai nồi đến tên 5, tương tự điểm chuyển ——Nh,j ——nh,JJ=0.06' o 25| 20| 16| 10| Hinh 3.11: Sy phy thude vào từ trường ngang thành phần = độ tự cảm với giá trị khác từ trường doc hy, z =0,1 47 3.12 hep at vo ng ds am, ay 0.0 Từ hình có th thấy tăng lạm, giảm dẫn, tuynign khơng giảm khơng có mặt từ trường ngang j, z 0405 0.04 0.03 0.02] 001 10 20 phy 30 40 $0 Hình 3.12: lự phụ thuộc vào từ trường dọc thành phần x mémen tir, từ trường ngang hy/J = 0/01 r =0,1 3.2 Kết luận chương “rong phần từ kết giải tích đưa chương 2, chúng tơi sử đụng phần mm Matlab để xây đựng chương tình tính số, từ đưa hình vẽ phụ thuộc vào nhiệt độ vào từ trường ngang fi 'Ÿ Óy từ trường dọc (Ä: TT Øz) đại lượng nhiệt động độ từ hóa, độ cảm từ nội 48 gần trường rung bình với mơ hình Ising ngang, Từ kết chương thấy thay đổi giá trị từ trường ngang / ảnh hưởng đáng kế cđến tính chất nhiệt động điểm chuyển pha hệ 49 KET LUAN Dựa vào mơ hình Ising với tương tác tảo đổi thành phần z toán tử spin lân cận gần ảnh hưởng từ trường # = ð,Z, + #y; trong, gn trường trung bình, chúng tơi nhận số kết sau "Nghiên cứu số lý thuyết từ học như: giới thiệu số đại lượng bên, đưa mơ hình laing áp dụng lý thuyết trường trung bình cho mơ hình ling giới thiệu tính chất nhiệt động hệ từ tính "Nhận biểu thức giải tích cho đại lượng nhiệt động lượng tw do, nội năng, nhiệt dụng ri l, thành phần x mômen từ đội sâm từ chuỗi spin gin ding trung bình với mơ hình lsing khỉ số từ trường ngang Sur dung phin mém Matlab dé tính số vẽ đồ th, Từ kết tính số chúng tơi nghiên cứu phụ thuộc vào nhiệt độ vào từ trường (các thành phần ngang dọc) đại lượng nhiệt động Các kết với có mặt từ trường ngang, tính chất nhiệt động trật tự từ hệ bị ảnh hưởng mạnh Luận văn mở rộng để nghiên cứu hướng sau tương lai ‘Sir dung phương pháp tích phân phiém hàm để nghiên cứu ảnh hưởng thăng giáng spin lên tính chất nhiệt động hệ dé mơ hình lý thuyết gắn với hệ thực ‘M6 rng cho mơ hình Heisenberg từ trường ngang, TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt (1) Thin Đức Hiền, Lưu Tuấn Tài (2008), Từ học vật liệu từ nhà xuất Bách Khoa, Hà Nội [2] _ Vũ Đình Cự (1995), Từ học, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [3] Trinh Quỳnh Anh (2019), “nh hưởng dị hướng đơn ion lên tỉnh chắt nhiệt động mang spin hình vng đơn giản với mơ hình Heisenberg đẳng ướng, Luận văn thạc sỹ vật lý, trường Đại học Sư phạm Huế (4 _- Nguyễn Hữu Cảnh (2018), Ảnh hướng cạnh tranh tương tác Ji-J; lên tink chắt nhiệt đậng lực học chuẩi spin tuyén tink, Luan văn thạc sỹ vật lý, trường Đại học Sư phạm Huế, [5] Trang Sy Da (2019), Nghiên cứu tính chất nhiệt động mạng spin hình lơng đơn giản với mơ hình Heisenberg dị hướng, Luận văn thạc sỹ vật lý, trường Dai hoe Su phạm Hué (6] Nguyễn Hữu Đức (2008), Var ligu tr edu trie nané điện tử học spin, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [7] Lương Trí Thành (2018), Ảnh hướng cạnh tranh tương tác J,-J; lên tinh chất nhiệt động lực học chuổi spin zig-zag, Luận văn thạc sỹ vật lý, trường Đại học Sư phạm Huế sl f8] 61 "Nguyễn Thị Phương Thảo (2017), Nghiên cứu tính chất nhiệt động lực lọc chuỗi spin với mổ hình XXZ, Luận văn thạc sỹ vật lý, trường Đại học Sư phạm Huế Lê Thị Tường Vi (2017), Nghiên cứu tính chất nhiệt động lực học chuỗi spin với mổ hình XXX, Luận văn thạc sỹ vật lý, trường Đại học Sư phạm Huế “Tiếng anh (10) Bach Thanh Cong, Pham Huong Thao (2013), “Thickness dependent properties of magnetic ultrathin films”, Physica B 426, p 144 ay) Bach Thanh Cong, Pham Huong Thao, Nguyen Tu Niem (2014), “Role of interactions in size-dependent Curie temperature of magnetic ultrathin films”, Ieee Transactions On magnetics 50, p 1100104, tị HT Diep (2016), Theoretical methods for understanding advanced magnetic materials: the case of frustrated thin films,J Sci Adv Mater Devices, p 3IeM4, 03] S Suzuki, Jun-ichi Inoue, BK Chakrabarti (2013), Quantum Ising phases and Transitions in Transverse Ising Models, second ed., Spinger-Verlag, BerlinHeidelberg 4] N D Mermin, H Wagner (1966), “Absence of ferromagnetism or antiferromagnetism in one- or two-dimensional isotropic Heisenberg models”, Physical Review Letters 17, p 1133, f5] M.Niss (2005), History of the Lenz-lsing Model 1920-1950: From ferromagnetic to cooperative phenomena, Archive for History of Exact Sciences, 59, p 267 32 [16] II I8] F D M, Haldane (1983), “Continuum dynamics of the I-D Heisenberg antiferromagnet: identification with the O(3) nonlinear sigma model”, Physics Letters, 93A, p 464 Z Huang, F Zhang, Y Du (2007), “The magnetic properties of mixed onedimensional ferrimagnetic spin chain with complex arrangement”, Physica B, 392,p Nguyen Tu Niem, Bach Huong Giang, Bach Thanh Cong (2016), “Orderisorder phase transitions in thin films described by transverse Ising model”, Journal ofScience: Advanced Materials and Devices, p | 33
Ngày đăng: 17/06/2023, 18:32
Xem thêm:
