Chương 15: Vật liệu từ (Phần 2) pptx

Simpo Chương 15: V Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com PDF Merge and T LI U T 309 §15.2 CH T NGH CH T i u ki n bình thư ng ch t ngh ch t không bi u hi n t tính chúng khơng có mơmen t t phát (không b phân c c t ), t ngh ch t vào t trư ng ngồi chúng xu t hi n m t t trư ng ph có giá tr r t nh hư ng ngư c v i t trư ng kh o sát tính ngh ch t c a v t li u ta có th áp d ng nh lu t Larmor r Khi t nguyên t vào t trư ng H , d c theo tr c Oz, chuy n ng c a electron quanh h t nhân g m hai chuy n ng thành ph n chuy n ng c a gi ng khơng có t trư ng ngồi chuy n ng quay quanh u r r e B0 ωL = 2m r r l = Iω L phương t trư ng v i v n t c góc Larmor: t o mômen ng lư ng m i : v i I mơmen qn tính c a electron (15.21) (15.22) i v i tr c quay: I = m a (15.23) a trung bình c a bình phương kho ng cách t electron t i tr c quay (Oz) Do ó: r ea u r l= B0 (15.24) r r e r e2 a u Tương ng ta có mơmen t ph c a electron th i: ∆ p m = − l=− B0 2m 4m Mơmen t ph tồn ph n c a nguyên t có Z electron: u r u r r e B0 ∆ P m = ∑ ∆ p mi = − 4m i G i ri kho ng cách t i n t th i Z ∑a i =1 i (15.25) n h t nhân nguyên t , ta có: x = y = z = ri2 Suy ra: a i2 = x + y = ri2 3 u r u r r e B0 Z e Zr u Do ó: ∆Pm = − ri = − B0 ∑ 4m i =1 6m V i r trung bình bình phương kho ng cách t electron Theo nh nghĩa ta có t hóa c a nguyên t : r u r r n e Zr u J = n 0∆Pm = − B0 6m (15.26) n h t nhân (15.27) ây n0 s nguyên t m t ơn v th tích v t li u Khi ó có b ng: n e Zr 2µ χ=− 6m (15.28) t c m 310 Giáo Trình V Lý Simpo PDF Merge and Split Unregisteredt Versioni -Cương – T p I: Cơ – Nhi t http://www.simpopdf.com i n Như v y χ có giá tr âm, c m ngh ch t , thư ng có giá tr r t –6 nh , χ ~ 10 T (15.28) cho th y χ không ph thu c nhi t Nh ng khái ni m ây không h n ch cho electron l p nguyên t c a ch t nào, v y có th xem m i ch t u có tính ngh ch t Các ch t ngh ch t hay g p bao g m khí trơ He, Ne, Ar, Kr, Xe; nhóm halogen Cl, F, Br…, m t s kim lo i ki m, t hi m mu i c a chúng, a s h p ch t h u cơ, th y tinh B ng 15.1 dư i ây cho giá tr t c m c a m t s ch t ngh ch t : B ng 15.1: Giá tr t c m c a m t s ch t ngh ch t V t li u Ag Au B Be Bi Cd Cu Ge - χ 10 – 2,4 1,9 7,8 13,0 16,0 23,9 1,08 1,5 V t li u Ar C H He N Hg Pb Zn - χ 10 – 6,1 6,2 25,0 5,9 5,4 2,2 1,4 1,9 V t li u Si Sb Al2O3 CaCO3 CO2 Cu2O H2O H2SO4 - χ 10 – 1,2 10,6 3,5 4,4 6,0 2,4 9,05 5,0 Các ch t siêu d n có B = χ = -1 c xem ch t ngh ch t lý tư ng Tính ch t t c a ngh ch t r t nh bé nên th c t ngư i ta không quan tâm n vi c ng d ng v t li u v phương di n t tính §15.3 CH T THU N T Khác v i ch t ngh ch t , ch t thu n t chưa b t hóa ã có mômen t ngưyên t , chuy n ng nhi t, mômen s p x p h n lo n mômen t t ng c ng c a tồn kh i b ng khơng Khi t ch t thu n t vào t trư ng mơmen t chúng nh hư ng song song, chi u v i t trư ng ngoài, v y chúng s có t hóa dương, r t nh (xem b ng 15.2) ch t thu n t , nguyên t có m t s l electron (như Na t do, NO, C(C6H5)3…) ho c chúng thu c nhóm nguyên t chuy n ti p v i m t l p electron bên chưa c l p y hồn tồn (nhóm kim lo i 3d nhóm s t - Fe, Co, Ni, Cu, Ti…và nhóm kim lo i 4f – nhóm Lantan, t hi m – La, Ce, Pr, Nd, Sm, Tb… – Nghiên c u tính ch t t c a ch t thu n t b ng thuy t Langevin: Theo thuy t Langevin, ph n l n ch t thu n t , t hóa ph thu c nhi t theo nh lu t Curie: χ= C T (15.29) 311 Simpo Chương 15: V Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com PDF Merge and T LI U T v i C h ng s Curie Khi nhi t cao, t hóa gi m i m t cách m m ây mômen t nguyên t c coi nh ng vectơ có th hư ng theo b t kỳ hư ng chúng không tương tác l n Áp d phân b th ng kê Boltzman có th tính c mômen t c a ch t thu n M= n0PmL(x) (15.30) ó L(x) = cthx – 1/x v i x= Pm H k BT nh nh ng t : hàm Langevin, n0 s nguyên t m t ơn v th tích, pm mơmen t nguyên t Khi t trư ng nh , x 0, dãn n h th c hi n m t công làm gi m n i dU gi m nhi t , thư ng ti n hành khí, có th h nhi t n 3-4K - Hoăc cho dM < 0, kh t o n nhi t h làm gi m nhi t , thư ng th c hi n mu i thu n t (ch ng h n NH4Fe(SO4)2.12H2O hay KCr(SO4)2.12H2O…), có th h nhi t Hình 15.8: S ph thu c c a t i ~ 4.10-3K Nguyên lý c a entropy S vào nhi t t phương pháp sau: dư i tác trư ng H ch t thu n t d ng c a t trư ng ngồi, mơmen o n AB úng v i q trình kh t c a tinh th thu n t nh hư ng t o n nhi t khơng hồn toàn h n lo n mà ưu tiên theo hư ng c a trư ng ngoài, t c m c tr t t c a h tăng lên, ó entropy c a h gi m i N u t ng t ng t t trư ng (kh t o n nhi t) m c s p x p tr t t c a mômen t l i gi m xu ng, entropy không thay i (S = const), b iv y gi tr ng thái cân b ng, nhi t c a h ph i gi m xu ng, nghĩa lư ng c a chuy n ng nhi t (các phonon) c cung c p cho ion thu n t chúng tr v tình tr ng nh hư ng h n lo n ban u Quá trình làm l nh b ng kh t o n nhi t c bi u th b ng Hình 15.9: Sơ thi t b làm l nh ng AB hình 15.8, mô t s b ng kh t o n nhi t mu i thu n ph thu c c a entropy S vào nhi t t : bình ng m u; M u; i m A ng v i tr ng thái có t Dây treo; ng d n khí Heli T, trư ng H3 tác d ng nhi t i m B ng v i H = nhi t To< T Vì trình o n nhi t nên AB n m ngang Sơ thi t b th c hi n q trình c mơ t hình 15.9 Mu i thu n t (2) c treo cách nhi t b ng s i dây d n nhi t (3) t h th ng hai bình th y tinh kín, ch a N2 Heli l ng , n m gi a hai c c m t nam châm i n (có th t o t trư ng 106A/m) Hút chân khơng bình ch a 313 Simpo Chương 15: V Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com PDF Merge and T LI U T khí Heli s sôi m nh làm nhi t c a h h xu ng kho ng 1K Khi nhi t c a m u ã n nh, óng i n cho nam châm ng th i hút h t khí Heli ngịai cách nhi t hồn tồn m u thu n t Sau ó ng t i n t ng t nam châm th c hi n trình o n nhi t nhi t c a m u thu n t s gi m xu ng r t th p, có th t t i ~ 4.10 K §15.4 CH T S T T – Tính ch t t c a s t t : Các ch t s t t bao g m nh ng nguyên t nhóm chuy n ti p Fe, Co, Ni, Gd m t s h p kim c a chúng, có t tính m nh t hóa c a s t t l n hàng tri u l n ngh ch t thu n t Ngay c khơng có t trư ng ngoài, dư i m t nhi t TC ó (nhi t t i h n Curie) s t t v n t n t i mômen t t phát B ng 15.3 dư i ây cho ta m t vài thơng s v t tính c a m t s ch t s t t B ng 15.3: Giá tr t hóa bão hịa, t nguyên t nhi t Curie c a tinh th s t t t hóa (Gauss) Nhi t µB (0K)/( ơn Ch t Curie (K) Tphịng (K) 0K v cơng th c) Fe Co Ni MnAs CrO2 FeOFe2O3 Y3Fe5O12 1717 1400 485 670 515 480 130 1740 1446 510 870 200 2,22 1,72 0,606 3,4 2,03 4,1 5,0 1043 1388 627 318 386 858 560 Nhi t Curie TC i m mà dư i (T < TC) v t li u s t t nhi t cao (T > TC) s t t tr thành thu n t Khi nhi t tăng lên ch ng h n t c a v t li u gi m i Chính t i T = TC, t s b ng S ph thu c nhi t c a c mt s t t tuân theo nh lu t Curie-Weiss v i χ= ch t thu n t : C= ( n gµ B J ( J + 1) 3k B θ = λwC ) C T−θ (15.34) (15.35) (15.36) λ w h s Weiss Hình 15.10 mơ t s ph thu c c a t bão hòa k thu t JS t s 1/ χ vào nhi t t t c ch t s t t u bi u hi n tính t dư T c sau c t hóa, n u ng t t trư ng ngồi (H = 0) s t t v n cịn gi c t tính ( t 314 Giáo Trình V Lý Simpo PDF Merge and Split Unregisteredt Versioni -Cương – T p I: Cơ – Nhi t http://www.simpopdf.com i n dư) chúng ch bi n m t b t hóa theo chi u ngư c l i v i m t t trư ng m nh (g i cư ng trư ng kh t HC) c trưng cho tính t dư c a v t li u ngư i ta dùng m t ng cong t tr hình 15.11, qua ó cho th y c m ng t , t c c m t ph thu c phi n vào t trư ng t hóa Th c nghi m ch r ng t hóa bão hịa (giá tr BS) ph n l n v t li u s t t ch c n m t t trư ng không l n l m (kho ng 105 A/m, thu n t 109 A/m) Ví d v i Supermalloy FeMn H~ 1A/m ; H p kim AlNiCo H~ 5.104 A/m Hình 15.10: S ph thu c nhi t c a t hóa bão hịa IS t s 1/ χ Hình 15.11: ng cong t tr c a s tt Hi n nhiên v i t c m t l n s t t có t th m µ = + χ l n c m ng t B = µµoH cao, ng th i có cư ng trư ng kh t HC cao Ch ng h n s t tinh t sau luy n hydro có µ = 280000, h p kim FeCoMoSiB có µ = 400000-600000, h p kim permaloi (78%Ni, 22%Fe) có µ = 80000; Thép FeWC có c m ng t bão hịa BS = 1,15-0,95 T, h p kim FeCo có BS = 2,35 T; H p kim Sm-Co có c m ng t dư Br = 1-1,15 T l c kháng t HC = 750-850 kA/m, h p kim NdFeB cho Br = 1,1-1,25 T HC = 800-1000 kA/m… Ngồi s t t cịn nhi u tính ch t c áo khác tính t gi o (khi b t hóa v t s t t thay i kích thư c ho c ngư c l i s t t có tính t gi o làm bi n d ng h c làm cho v t b t hóa), tính d hư ng t ( t hóa theo phương khác c a tinh th s t t khác nhau), hi n tư ng c ng hư ng s t t (khi t s t t vào t trư ng khơng i H có th h p th c ng hư ng sóng i n t có t n s thích h p), hi u ng quang t (khi chi u chùm ánh sáng -sóng i n t - qua v t s t t m t ph ng phân c c c a chùm tia sáng i qua v t ho c ph n x m t v t b quay i m t góc ó)… Simpo Chương 15: V Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com PDF Merge and T LI U T 315 T t c nh ng tính ch t nêu liên quan n b n ch t t tính c a s t t – B n ch t t tính c a s t t : Dư i ây s xét m t s cơng trình lý thuy t nh m gi i thích hi n tư ng s t t , a Lý thuy t Weiss (thuy t mi n t hóa t nhiên): Lý thuy t Weiss (1907) c xem thuy t c i n v s t t Weiss gi thi t r ng ch t s t t c t hóa ó có t n t i m t trư ng n i t i phân t , ng th i gi thi t r ng c khơng có t trư ng ngồi ch t s t t c t hóa n bão hòa Trong tr ng thái kh t (H = 0) mômen t t ng c ng c a s t t b ng không v t chia thành nh ng vùng vi mô riêng l , g i ơmen (hay vùng t hóa t nhiên), bên m i vùng mômen t c a nguyên t hư ng song song v i mômen t c a vùng khác hư ng khác nên t ng mômen t c a c v t b ng không Trong trình t hóa v t, t trư ng ngồi ch có tác d ng nh hư ng mơmen t c a ơmen i u gi i thích ch c n m t t trư ng nh có th t hóa bão hịa s t t Như v y có th coi s t t v t li u có tr t t t , tương t ph n s t t feri t , s c trình b y ph n sau (hình 15.12) Hình 15.12: S s p x p nh hư ng tr t t c a mômen t nguyên t m t s v t li u s t t , ph n s t t feri t Kích thư c c a ômen tùy thu c vào lo i s t t , có th có ng kính t 0,5-1,5 µm (n u xem chúng có d ng hình c u) Gi a ơmen có vách ngăn (hình 15.13), thư ng g p nh t lo i vách ngăn Block (hay vách 180o- nghĩa ômen li n k vách ngăn có mơmen t nh hư ng i song song v i nhau, i qua vách ngăn mômen t t ng quay o 180 trùng hư ng v i mômen t k bên – Xem hình 15.14) Th c nghi m ã xác minh s t n t i c a ômen t b ng vi c quan sát s s p x p theo m t tr t t xác nh c a ch t l ng t tr i Bitter, xem hình 15.15) Hính 15.13: Sơ c u trúc ômen s t t , gi a vùng nh ng vách ngăn Các véctơ mômen t (mũi tên) nh hư ng i song song t ng c p d n n t c a toàn v t b ng không b m t v t s t t (phương pháp 316 Giáo Trình V Lý Simpo PDF Merge and Split Unregisteredt Versioni -Cương – T p I: Cơ – Nhi t http://www.simpopdf.com i n Khi t hóa ch t s t t , ban d u s trình d ch chuy n c a vách ngăn Các vùng có mơmen t hư ng g n trùng v i t trư ng ngồi H l n d n lên cịn vùng mà mômen t c a chúng không trùng v i phương t hóa thu h p d n bi n m t, t trư ng t hóa tăng d n lên Khi t trư ng t hóa H l n, s ch cịn vùng có mơmen t g n trùng v i phương Hình 15.14: S xoay hư ng c a H N u ti p t c tăng H mơmen t c a véctơ mômen t s th c hi n q trình quay nh vách Bloch gi a hai ơmen hư ng hoàn toàn song song chi u v i t trư ng t hóa, lúc t c a m u t t i giá tr bão hịa (hình 1.16) Vì q trình d ch chuy n vách quay c a mômen t t trư ng H l n có tính ch t b t thu n nghich nên ng t t trư ng ngồi mơmen t c a ơmen v n gi l i m t s nh hư ng nh t nh, không tr l i tr ng thái h n Hình 15.15: Mơ hình c u trúc ơmen c a lo n ban u ó s t t a D ng mê cung (quan sát s s p nguyên nhân tính t dư x p c a ch t l ng t tr i b m t v t) s t t Mu n kh t m u (làm b M u ômen th c nh n c sau tri t tiêu c m ng t dư) bóc tách l p b m t d y 28 µm c a v t ho c ph i t hóa v t theo chi u ngư c l i phá v s nh hư ng có tr t t c a mômen t (kh t b ng t trư ng), ho c ph i nung nóng v t lên phá v c u trúc ômen c a chúng (kh t b ng nhi t) Nhi t Curie TC gi i h n t n t i ômen s t t , gi i h n (T > TC) s t t tr thành thu n t Dư i ây xác l p bi u th c tính i lư ng c trưng t tính c a s t t theo quan i m c a Weiss: Trư ng phân t mà Weiss gi thi t t l v i r r t hóa: H i = λ w J (15.37) Hình 15.16: Q trình t hóa v t li u s t t v i λ w h s Weiss Khi có t trư ng ngồi H, m u v t ch u tác d ng c a trư ng tồn ph n HT lên m i mơmen t r r r nguyên t : H T = H + H i (15.38) 317 Simpo Chương 15: V Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com PDF Merge and T LI U T Tương t thu n t , ta có t Nhưng ây: y= : J = n0gµBBJ(y) Jgµ B (H + H i ) Jgµ B (H + λ w M ) = k BT k BT Khi T > TC t trư ng ngồi nh y TC ch t s t t tr thành thu n t Trong trư ng h p khơng có t trư ng ngồi (H = 0), T < TC θ ~ TC , b ng phương pháp th có th xác nh c: TC = n g 2µ J ( J + 1) B 3k B λw (15.47) Phương trình cho giá tr TC = θ (15.46) Gi i phương trình v i giá tr T TC Tuy nhiên mơ hình ch áp d ng c cho s t t cách i n kim lo i t hi m có l p i n t f chưa l p y ho c kim lo i s t t mà i n t c a chúng n m r t g n nhau, nh ng trư ng h p khác (các kim lo i s t t h p kim s t t mà chúng i n t d n óng góp vào t hóa) ph i v n d ng thêm mơ hình d i lư ng (khi ó i n t b t p th hóa, t o thành d i lư ng) tương tác trao i gián ti p thông qua m t i n t khác (ion) m i có th gi i thích c M t khác lý thuy t Weiss v trư ng phân t ch thích h p cho trư ng h p nhi t thư ng ho c cao g n b ng nhi t Curie, nhi t th p ho c r t th p(g n 0K) ph i nh t i phương pháp sóng spin (magnon) gi i thích Cũng c n nói thêm r ng nguyên t mà l p i n t c l p y tích phân trao i có giá tr dương d n t i s nh hư ng song song c a Simpo Chương 15: V Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com PDF Merge and T LI U T spin i u ki n c n v n ph n sau 319 xu t hi n tính s t t Chúng ta s tr l i §15.5 CH T PH N S T T VÀ FERI T Tương t s t t , ph n s t t feri t (ferit) ch t c c u t o t nh ng ơmen t , có tr t t t t tính r t m nh Nhưng ph n s t t mơmen t ngun t có giá tr b ng nh hư ng i song song v i t ng ôi m t nên mômen t t ng c ng c a v t ln b ng khơng khơng có t trư ng ngồi Cịn ferit mơmen t i song song giá tr c a chúng l i không b ng nên mômen t nguyên t t n c ng khơng bù tr l n ó t hóa tồn ph n v t ln khác khơng Ta s tìm l i gi i áp cho nh ng hi n tư ng – Ch t ph n s t t : ph n trên, trình b y v ch t s t t , ã ưa tích phân trao i Jij, c trưng cho lư ng tương tác trao i hay xác su t trao i gi a i n t i j c a hai nguyên t a b v t th i lư ng có th c xác nh b ng bi u th c sau: J ij = ∫ ψ * (i )ψ * ( j)Vψ a (i )ψ b ( j)dq i dq j a b (15.55) ây ψ ψ * hàm sóng ánh x c a nó, V toán t lư ng tương tác gi a hai nguyên t , q i n tích c a i n t Giá tr c a Jij có th r r dương ho c âm Khi Jij > spin nh hư ng song song v i ( Si ↑↑ S j ), r r v t li u s t t Khi Jij < 0, spin i song song ( Si ↑↓ S j ), v t li u ph n s tt Tính ch t ph n s t t có nhi u v t li u h p ch t MnO, MnS, MnTe, FeF2, FeO, CoO…, kim lo i t hi m Ce, Nd, Sm, Tu…, m t s kim lo i nhóm chuy n ti p (nhóm s t) Mn, Cr Th c nghi m ã ch r ng nguyên t l p chuy n ti p có l p v i n t d không l p y, tích phân trao i ph thu c tr c ti p vào t s a/d, ó a kho ng cách gi a nguyên t (hay h ng s m ng tinh th ) d bán kính qu o l p khơng l p y Trên hình 15.17 mơ t m i quan h gi a tích phân trao i J t s a/d c a nguyên t nhóm chuy n ti p, ta th y a/d > 1,5 tích phân J có giá tr dương, tương ng v i có ch t s t t Fe, Co Ni, v i a/d < 1,5 có J < 0, ó Mn, Cr… ph n s t t B ng cách ó làm tăng h ng s m ng c a Mn a/d > 1,5 Mn có th tr thành s t t Th c nghi m ch ng t i u này: pha vào Mn m t lư ng nh nitơ s làm tăng h ng s m ng c a Mn nh n c tính s t t nhi u h p ch t khác c a Mn MnCuAl, MnSb, MnBi…cũng bi u th c tính Trong th c t ngư i ta có th s d ng ph nhi u x neutron xác nh s s p x p c a mômen t ph n s t t Hình 15.18 mơ t c u trúc t c a 320 Giáo Trình V Lý Simpo PDF Merge and Split Unregisteredt Versioni -Cương – T p I: Cơ – Nhi t http://www.simpopdf.com i n MnO c xác nh b ng phương pháp ph nhi u x neutron S phân b tr t t c a mơmen t v y ch có vùng nhi t th p m t nhi t TN, c g i nhi t Néel Như v y có th nói v t li u ph n s t t t o thành t hai phân m ng b t hóa ngư c chi u nhau: MA = - MB (15.56) Các ion t phân m ng không tương tác trao i tr c ti p v i mà thông qua m t ion th 3, ch mg h n MnO ion t Mn2+ tách r i b i ion không t O2- M t cách t ng quát có th coi tinh th Hình 15.17: S ph thu c c a tích ph n s t t g m hai phân m ng s t t l ng vào nhau, cho t t c ion phân trao i J vào t s gi a h ng s m ng a bán kính d qu o lân c n g n nh t c a phân m ng th không l p y a/d nh t nh ng ion c a phân m ng th hai ngư c l i Trong m i phân m ng spin chi u v i G i phân m ng có mơmen t spin hư ng lên trên, phân m ng có mơmen t spin hư ng xu ng dư i, tương ng v i chúng có tích phân trao i m i phân m ng J11, J22 gi a phân m ng v i J12, J21 Ta coi J11>0; J22>0; J12 TN) ( nhi t (1) ) b t kỳ, M1 M2 th a mãn  gµ B S H + H w   k BT    gµ BS(H + λ 11 M − λ 12 M ) M1 = M (0 )B S   k BT   (2 )  gµ S H + H w  M = M (0 )BS  B  k BT    gµ BS(H + λ 22 M − λ 21 M ) = M (0 )B S   k BT   phương trình: M = M (0 )B S  ( (15.64) ) (15.65) ó M1(0), M2(0) t hóa c c i c a m i phân m ng 0K Gi i h phương trình có th xác nh c t hóa tồn ph n c mt hàm c a nhi t i v i ph n s t t K t qu tính toán cho th y dáng i u χ(T ) T < TN ph thu c vào phương c a t trư ng ngồi i v i phương t hóa c a hai phân m ng (hình 15.20) Có th xác nh nhi t Néel t bi u th c sau: TN = C (λ11 + λ12 ) = θ λ11 + λ12 λ 12 − λ 11 (15.66) - Ch t feri t (ferit): a Ngu n g c t tính c a ferit: Ferit v t li u t ôxit Thành ph n c a chúng g m ơxit s t hóa tr k t h p v i m t ho c nhi u ơxit kim lo i hóa tr khác Như ã c p t i §15.1, ferit c xem ch t ph n s t t mà mômen t không bù tr i u có nghĩa ferit có c u trúc t g m hai phân m ng 322 Giáo Trình V Lý Simpo PDF Merge and Split Unregisteredt Versioni -Cương – T p I: Cơ – Nhi t http://www.simpopdf.com i n hai phân m ng không tương ương nhau, mômen t c a m i phân m ng khác nên t hóa tồn ph n khác khơng (xem hình 15.7) Có hai kh b n d n n s b t bù tr c a mômen t c a ferit: - Th nh t ion t c a m t phân m ng có mơmen t khác v i mơmen t c a m t phân m ng hay mômen t c a ion t m t phân m ng có giá Hình 15.20: S ph thu c c a t vào phương c a t tr khác nhau, trư ng t hóa bên ngồi nh hư ng c a t trư ng nh hư ng c a n tính ph thu c nhi t c a c m t c a ph n s t tương tác trao i t χ c m t toàn ph n, χ ⊥ , χ // c m t c a tr c ti p tinh th t trư ng t vng góc hay song song v i - Th hai tr c ph n s t t tương tác trao i gián ti p (tương tác siêu trao i) gi a hai ion m t phân m ng ho c khác phân m ng c th c hi n qua ion ôxy mà kho ng cách t ion n ion ơxy góc t o b i ng n i tâm Hình 15.21: M t vài d ng c u hình s p x p c a c a ion t v i tâm ion tương tác siêu trao i ferit Năng lư ng c a ion ôxy khác tương tác trao i s l n nh t n u kho ng cách t ion (hình 15.21) t n ion ơxy nh nh t góc φ g n t i 180O ferit t n t i c hai kh này, m c bi u hi n khác nên ferit có t tính khác Tuy nhiên tương tác trao i gn ti p có l i v m t lư ng óng vai trị quy t nh Dư i ây ta xác l p bi u th c cho i lư ng t tính c a ferit theo lý thuy t trư ng phân t lý thuy t Neel Gi s m ng tinh th ferit g m phân m ng th nh t có spin S1quay lên, phân m ng th hai có spin S2 quay xu ng S2 < S1, nh lu t Curie cho t ng phân m ng có d ng: ( ) ( ) ( ) r r r C r r1 C r M = H + H (w) = H + λ 11 M − λ 12 M T T r r r C r r C r M = H + H (w ) = H + λ 22 M − λ 21 M T T ( (15.67) ) (15.68) Simpo Chương 15: V Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com PDF Merge and T LI U T 323 ây C1 ≠ C λ 11 ≠ λ 22 hai phân m ng khơng tương ương T tồn ph n: r r (C1 + C )T − C1C (λ11 + λ 22 − λ12 ) M = M1 + M = M1 − M = H (T − C1λ11 )(T − C λ 22 ) − C1C λ212 (15.69) T ây thu c bi u th c ngh ch ó: δ= oc a c mt : T δ = + − (15.70) χ C χo T − θ 1 C = C1 + C ; = (2C1C ) λ 12 − C1 λ 11 − C λ 22 ; χo C C1C [C1 (λ 11 + λ 22 ) − C (λ 22 + λ 12 C )] ; θ= C1 C (λ11 + λ 22 + λ12 C ) T (15.70) ta th y 1/ χ c a ferit ph thu c nhi t theo quy lu t hyperbol (hình 15.7), s t t ph n s t t t s thay i n tính theo nhi t T h phương trình (15.67), (15.68) v i H = có th tính c nhi t Curie: TC = { [ (C1λ11 + C λ 22 ) + (C1λ11 − C λ 22 )2 + 4C1C λ212 ] 1/ } (15.71) Bi t c M1(0) M2(0) s xác nh c t hóa tồn ph n c a ferit Do M1(0) M2(0) ph thu c r t khác Hình 15.22: S ph thu c nhi t c at bão hòa c a vào nhi t ferit hai phân m ng: a/ Lo i thư ng; b/ lo i d thư ng có , ferit c c i; c/ có nhi t bù tr t n t i nhi u d ng thay i t hóa tồn ph n theo nhi t (hình 15.22) M(T) có th có c c i nhi t T ≠ ho c b ng nhi t Tk, g i nhi t tri t tiêu Hình 15.23: Ơ b n c u trúc l p phương b M t s ferit thông d ng: spinel c a ferit Các ion t (hình trịn nh ) Ferit có r t nhi u lo i, n m t i v trí t di n bát di n, bao b c c s d ng h t s c ph b i ion ơxy (hình trịn l n) bi n hi u qu M t vài lo i 324 Giáo Trình V Lý Simpo PDF Merge and Split Unregisteredt Versioni -Cương – T p I: Cơ – Nhi t http://www.simpopdf.com i n hay g p như: - Ferit có c u trúc tinh th l p phương spinel: lo i có cơng th c hóa h c t ng quát MeO.Fe2O3, v i Me ion kim lo i Mn2+, Zn2+, Mg2+, Co2+, Ni2+… Tinh th c a chúng có c u trúc d ng l p phương spinel (hình 15.23) Các ferit thông d ng nh t thu c lo i freit Mangan-K m MnO.ZnO.Fe2O3 Nickel-Kem NiO.ZnO.Fe2O3 Chúng có t l n, c m ng t dư l n, t th m ban u l n (có th t t i 80.000 ơn v ), l c kháng t nh (kho ng vài ch c Oe), i n tr su t r t l n (c 106 cm), thư ng c s d ng làm lõi cu n c m cao t n… - Ferit l c giác: Ph bi n nh t s ferit có c u trúc tinh th l c giác lo i khoáng ch t Magnetoplumbite Bao.6Fe2O3 SrO.6Fe2O3 , Hình 15.24: Sơ c u thư ng g i ferit t c ng (hình 15.24) Ơ b n trúc tinh th c a ferit c a chúng g m kh i Spinel xen k v i kh i l c giác Các ion Ba (hay Sr, Pb…) thay th S tt B cho m t ion ôxy n m m m S tt i x ng qua tr c l c Bd 3+ giác Các ion t Fe c ng chi m v trí t i n, bát di n chóp kép Các ferit l c giác Magnetoplumbite có - H - HK t dư l n (4-5 kG), l c H O kháng t l n (3-4 kOe), HK H tích s lư ng c c i l n ((BH)max= 4-5 MG.Oe), i n tr su t l n (~ 106 cm) có tính d hư t l n…, c dùng làm nam châm vĩnh c u, s d ng Hình 15.25: ng cong t tr c a v t li u t ph bi n làm loa, môtơ m m ( ng h p) t c ng ( ng r ng) DC công su t nh , d ng c o i n… §16.6 V T LI U T C NG VÀ T M M Trong lĩnh v c ng d ng th c t ngư i ta phân bi t v t li u t thành v t li u t c ng v t li u t m m ó ch y u ch t s t t ferit mà chúng khác bi t kh t n gi t tính sau c t hóa c ... Langevin, ph n l n ch t thu n t , t hóa ph thu c nhi t theo nh lu t Curie: χ= C T (15.29) 311 Simpo Chương 15: V Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com PDF Merge and T LI U T v i C h ng... gi a hai c c m t nam châm i n (có th t o t trư ng 106A/m) Hút chân khơng bình ch a 313 Simpo Chương 15: V Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com PDF Merge and T LI U T khí Heli s... t ph ng phân c c c a chùm tia sáng i qua v t ho c ph n x m t v t b quay i m t góc ó)… Simpo Chương 15: V Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com PDF Merge and T LI U T 315 T t c