Nghiên cứu quá trình từ hóa, từ giảo và cơ chế lực kháng từ dương trong các màng đa lớp dựa trên hợp kim TbFeCo = Magnetization, magnetostriction process and me152056

Tóm tắt những kết quả chính của đề tài: Quá trình từ hóa vả sự hình thành vách đômen tại vùng chuyên tiêp giừa các lớp từ mềm và từ giảo trong các màng đa lớp có cấu trúc đàn hồi từ đã đ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI• * ■

Đe tài nghiên cửu khoa học cấp ĐHQ GH N do Trường Đại học Công nghệ quán lý

BÁO CÁO TỐNG HỢP CÁC NỘI DUNG NGHIÊN c ứ u■ •

ĐÈ TÀI NGHIÊN c ử u KHOA HỌC CÁP ĐHQGHN

DO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHÊ OƯẢN LÝ

I T H Ô N G TIN T Ó N G QUAN

1 Tên đề tài:

"Nghiên cứu quá trình từ hóa, từ giảo và cơ chế lực kháng từ chrơng trong

các màng đa lớp dựa trên hợp kim TbFeCo "

2 Chủ trì đề tài:

-H ọ c hàm, học vị: Tiến sỳ

- Đơn vị công tác: Khoa Vật lý Kỹ thuật và Công nghệ Nanô, Trường Đại

học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Nhà E3, 144 Xuân Thúy, c ầ u Giấy, Hà Nội

- E-mail: giangdth@vnu.edu.vn

3 Cơ quan phối họp thực hiện:

1 Khoa Vật lý Kỹ thuật và Công nghệ Nanô, Trường Đại học Công nghệ,

Đại học Quốc gia Hà Nội

2 Trung tâm Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại

học Quốc gia Hà Nội

3 Trung tâm Đào tạo Ọuổc tế về Khoa học Vật liệu ITIMS, Đại học Bách

khoa Hà Nội

4 Groupe de Physique des Materiaux, Université de Rouen, CH Pháp

4 Cộng tác viên chính của đề tài:

J A H _;r _ ’ ‘ ■ r— L ' ■" I

2 NCS Nguyễn Thành Nam

3 NCS Bùi Công Tính

4 NCS Bùi Đình Tú

Trường ĐH Công nghệ, ĐHỌGHN Trường ĐH Công nghệ, ĐHỌGHN Trường ĐH Công nghệ, ĐHQGHN

5 Tóm tắt những kết quả chính của đề tài:

Quá trình từ hóa vả sự hình thành vách đômen tại vùng chuyên tiêp giừa các lớp từ mềm và từ giảo trong các màng đa lớp có cấu trúc đàn hồi từ đã được nghiên cứu và mô tả một cách hiện tượng ỉuận trên hệ màng từ giảo

đã đề xuất được các mô hình quá trình từ hóa khác nhau phụ thuộc nhiệt độ, thành phân, độ dày các lóp do tính chất từ nội tại cùa từng lớp như từ độ, dị hướng từ, lực kháng từ, năng lượng tương tác trao đổi quyết định Chúng tôi đã đề xuất được mô hình tính toán lý thuyết được dựa vào sự cạnh tranh của các loại năng lượng trong đê mô tả quá trình từ hóa theo các mô hình Trong đó, sự xuât hiện của các chuyên pha cảm ứng từ trường như đã quan sát thây trên các đường cong từ hóa là do sự khác nhau giữa dị hướng từ và từ độ của các lớp từ mêm (dị hướng nhỏ, từ độ lớn) và lớp từ giảo (dị hướng lớn, từ độ nhỏ) dần đến quá trình từ hóa xảy ra không đồng thời tại cùng một từ trường ngoài Với sự phù hợp đó, có the khắng định rằng quá trinh từ hóa với sự xuât hiện của các chuyển pha cảm từ trên các đường cong từ hóa khác nhau phụ thuộc vào không chì nhiệt độ mà còn độ dày của lớp từ giảo Xuât phát từ môi liên hệ giữa từ giảo và từ độ (từ giảo tỉ lệ bình phương với từ độ), các chuyên pha cảm trường còn được hiểu một cách rõ ràng hơn trên các đường cong từ giảo Từ đây, các đặc trưng từ giảo với từ giảo cao trong vùng từ trường thấp và từ giảo giảm trong vùng từ trường cao đã được giải thích theo các mô hình từ hóa được đê xuât Đặc biệt, đóng góp âm của các vách đômen hình thành ở vùng giáp ranh của các lớp vật liệu từ giảo và từ mềm lần đầu tiên đã được chỉ ra Các tính toán trên các mô hình lý thuyết cho kết quả phù hợp khá tôt với các quan sát thực nghiệm

Các kết quả chính thu được của đề tài đã được báo cáo cônti bố trên 02 côniỉ trình khoa học tham dự hội nghị quốc tế và sẽ đưọc đăng tai trên 02 tạp chí chuvên nghành quốc tê có uy tín (xem phụ lục 1 và 2)

II NỘI DƯNG C H ÍN H CỦA ĐỀ TÀI

2.1 Mục tiêu:

Màng mỏng từ giảo đang thu hút sự quan tâm đặc biệt đo khả năng ứng dụng của chúng để chế tạo các bộ phận cảm biến, bộ phận chuyên động, bộ phận dịch chuyển trong các thiết bị vi điện-cơ Nhiệm vụ hàng đầu đặt ra cho các nhà

nghiên cứu vật liệu ỉà phải tìm cách tăng cường thông sổ từ giảo (Ã = Aỉ/l) và độ cảm từ giảo Xk = d Ẫ /d ( ^ fí) trong vùng từ trường thấp Điều này có ý nghĩa đặc

biệt quan trọng trong ứng dụng cho phép các hệ vi cơ hoạt động với công suât cao trong từ trường điều khiên thấp [1,2] Một sự kết hợp tuyệt vời giữa các hợp kim đất hiếm-kim loại chuyển tiếp và các kim loại chuyển tiếp đã tạo ra được các màng

từ giảo đa lớp TbFeCo/FeCo có tính chất từ mềm tuyệt vời đáp ứng yêu cầu ứng dụng [3] Gần đây, tính chất từ giảo tuyệt vời với từ giảo bão hoà cao (Ắ ~ 10'3) và

độ cảm từ giảo lớn {ỵi ~ 10'1 T 1) đã được công bố trên màng đa lớp

nanô (không liên tục) [4,5]

Hâu hêt các nghiên cứu trong và ngoài nước cho đến nay vẫn chủ yêu tập trung vào nghiên cứu các đặc trung, tính chất từ và từ giảo trong vùng từ trường thấp đế tối ưu hóa về mặt công nghệ chế tạo, thành phần vật liệu và cấu hình cho các mục đích ứng dụng Tuy nhiên, có nhiêu tính chât vô cùng lý thú quan sát được trong vùng từ tnrờng cao và đặc biệt tại nhiệt độ thấp trên các hệ màng từ giảo đa lớp này vẫn chưa được khai thác và nghiên cứu một cách triệt đê Trong đó phải kế đến các đặc trưng như: (i) đường cong từ giảo có xu hướng giảm do đóng góp của

từ RÍảo âm, (ii) đưòng cong từ hoá có sir xuât hiện các bước chuyên pha cảm ứng

từ trường, (iii) đường cong từ hoá lực kháng từ dương (exchange bias) như thường quan sát thấy trên các vật liệu có cấu trúc từ đàn hồi “spring-magnet” Sự phụ thuộc của các đặc trưng này vào câu trúc các lớp vật liệu, thành phần lớp từ mềm

độ dày lớp từ giảo và nhiệt độ đo vân chưa thực sự được nghiên cứu về mặt bàn chất và tìm cách lý giải một cách thoả đáng [6-10] Vì vậy mục tiêu của đề tài là tập trung vào nghiên cứu cơ chê từ hoá và từ giáo và vai trò tirơng quan của tương tác trao đôi và dị hướng từ đôi với quá trình từ hoá trên các màne, từ giảo đa lớp có câu trúc từ đàn hôi dựa trên hợp kim Terỉecohan Điều đó có thê giúp ta hiếu được

một cách chính xác nguyên lý và từ đó có thể tối ưu hoá hơn

thu được các đặc trưng mong muốn nhằm thoả mãn từng mục điv

2.2 Tổng quan các vấn đề nehiên cứu:

Nghiên cứu cơ chế từ hoá, từ giảo và vai trò tương quan của ti

đối và dị hướng từ đối với quá trình từ hoá trên các màng từ giảo đa lớp L

từ đàn hồi dựa trên hợp kim Terfecohan Nội dung nghiên cứu bao gồm:

- Nghiên cứu quá trình từ hoá và cơ chế lực kháng từ dương trên các màng mỏng đa lớp TbFeCo/YFeCo khác nhau phụ thuộc vào:

+ Độ dày lớp từ giảo + Thành phẩn và câu trúc lớp từ mềm + Vùng nhiệt độ đo

Trong nội dung nghiên cứu này, đê tài còn tập trung vào nghiên cứu vai trò của tương tác trao đổi, đề xuất các mô hình lý thuyết bán thực nghiệm và tính toán

lý thuyết dựa vào sự cạnh tranh giừa các loại năng lượng trong quá trình từ hoá đe giải thích cho sự xuât hiện của các chuyên pha cảm ứng từ trường trên các đường cong từ hóa, cơ chế lực kháng từ dương và sự hình thành vách đỏmen có cấu trúc mômen từ xoan tại lóp chuyển tiếp giữa các lớp tại vùng từ trường cao

- Nghiên cứu quá trình từ giảo trong môi tương quan với quá trình và cơ chế

từ hoá đã nghiên cứu được Tập trung vào giải thích các tính chất từ giảo như:

+ Đặc trưng từ giảo vượt trội với từ giảo cao và độ cảm từ eiảo lớn trong vùng từ trường thấp

+ Đặc trưng từ giảo trong vùng từ trường cao với sự đóng góp từ giảo âm liên quan đến cấu trúc xoắn của vách đômen

- Xuất phát từ các kết quả nghiên cứu được, đưa ra cấu hình tối ưu đế chế tạo các hệ màng từ giảo đa lớp có tính chất từ giảo lý tướng trong tương lai

2.3 Đặc điểm, thòi gian và ph u on g pháp nghiên cứu:

a Đặc điêm

Nghiên cứu về mặt bản chất các đặc trưnỵ từ tính và từ eiáo trên các vật liệu

từ giảo đa lóp có tươn^ tác từ đàn hồi, từ đó giải thích cho các kêt quả thực nghiệm

đo đạc được

b Thời gian thực hiện:

12 tháng (từ 05/2006 đến 05/2007)

c Phương pháp nghiên cứu:

- Đo đạc, khảo sát và xử lý các kết quả thục nghiệm về các đặc trưng cấu trúc, từ và tù giảo của các mẫu nghiên cứu

- Xuất phát từ các số liệu thực nghiệm, đề xuất các mô hình lý thuyết bán thực nghiệm để tính toán dựa trên các thông số đặc trưng nội tại của vật liệu để giải thích cho các kết quả thu được

- Tìm hiểu mối tương quan giữa các quá trình từ hóa và từ giảo và nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau của 2 quá trình này trên các hệ vật liệu khác nhau tại các nhiệt độ và từ trường đo dựa trên các đặc trung vật lý của vật liệu

- Từ các kết quả thực nghiệm và mô hình lý thuyết xây dựng được, tính toán

và xác định được cấu hình vật liệu tối ưu sử dụng cho các mục đích ứng dụng khác nhau trong thực tiễn

2.4 Nội dung và kết quả nghiên cứu:

Nghiên cứu quá trình từ hoá, từ giảo và cơ chê lực kháng từ dương tại các nhiệt độ khác nhau (từ 5 K đến nhiệt độ phòng) trên các hệ màng từ giảo đa lớp:

a Màng Terfecohan/Fe có chiêu dày lớp từ giào Terfecohan thav đôi: t = 12 nm,

24 nni và 36 nm.

* Nhiệt độ thấp T< ỉ 00 K

Đường cong từ hóa đo theo phương từ trường song song với mặt phăng cùa màng tại nhiệt độ 5 K được đưa ra trên hình 1 Khi quét từ trường từ giá trị dương đến âm, đường cong xuất hiện hai bước chuyến pha cảm ứng từ trường tại các từ

hôi từ có hai hay nhiều pha có dị hướng từ và lực kháng từ khác nhau đảo từ không đông thời tại cùng từ tnrờng [11,12] Tuy nhiên, điều đáng chú ý ờ đây là bước dáo

từ thứ nhất xảy ra ngay cả khi từ trưòne ngoài chưa đảo dấu (MrI > 0) Bước

5

cơ chế đảo từ, việc xem xét các loại năng lượng là cần thiết Khi không có từ

trường, cấu hình từ được qui định chủ yếu bởi năng lượng trao đổi sắt từ 3d-3d

Tương tác này có xu hướng thiết lập định hướng mômen từ Fe(Co) song song trẽn toàn bộ mẫu tương đương với trạng thái từ độ phản song song giữa các lớp Fe và TbFeCo do từ độ TbFeCo được qui định bởi mômen từ Tb Khi tác dụng từ trường, cấu hình từ được xác định bởi sự cạnh tranh giữa ba loại năng lượng, bao gồm

năng lượng Zeeman của từ trường ngoài, năng lượng tương tác trao đổi 3d-3d và

năng lượng dị hướng từ [13] Sơ đồ minh họa các mômen Fe(Co) trong quá trình từ

hóa với hai bước đảo từ được đưa ra trên hình 2:

- Tại từ trường d ư ơ n g rất lớn,

/ẨoH = 5 T, năng lượng Zeeman chiếm

ưu thế và mẫu ở trạng thái bão Ở trạng

thái này, từ độ lớp Fe và TbFeCo song

song với nhau theo từ trường tác dụng

Khi đó, mômen từ Fe(Co) giữa các lớp

phản song song và vách đômen DW

chiều dày ổ xuất hiện ở vùng giáp ranh

giữa các lớp (hình 2)

< 5 T, năng lượng Zeeman giảm Lúc

này, mômen từ trong lớp Fe (dị h ư ớ n g

nhỏ) có xu hướng định hướng song song

với mômen từ FeCo trong lóp TbFeCo

bởi năng lượng tương tác trao đoi Quá

trình này diễn ra ỏ' vùng giáp ranh và đi

vào tâm lớp Fe, gọi là quá trình nở rộng

vách đômen.

- Tiếp tục giảm từ trưcmg, Ị-iJir2 < < f.i0H ri, năng lượng tương tác trao

đôi lúc này chiếm ưu thế so với năng lượng Zeeman, ơ nhiệt độ thâp, lớp TbFeCo

có từ độ nhỏ nhưng dị hướng từ lớn nên vẫn bị ghim theo hướng từ trưòng Sự đảo

nH<T)

Hình ì Đ ường cong từ độ tỉ đói song song tại 5 K của mân TbFeCo/Fe với

từ diễn ra trước tiên trong lớp Fe Kết quả là môinen từ Fe(Co) song song trong

toàn bộ mẫu và vách đômen triệt tiêu Từ độ mang dấu âm do từ độ lớp Fe chiếm

ưu thế

- Năng lượng Zeeman trở nên vượt trội khi từ trường ngoài âm đủ lớn, 5 T <

< [ ẩo H ị2- Bước đảo từ thứ hai là quá trình quay của lớp TbFeCo đê mẫu đạt bão hòa Cùng với quá trình này là sự hình thành đômen Sự thay đổi của từ độ tại

bước nhảy này khác nhau phụ thuộc vào chiều dày lớp TbFeCo (hình 1): /ibFeto

càng lớn, bước nhảy càng lớn do đóng góp từ độ lớp TbFeCo vào từ độ tổng cộng

Hình 2 Cấu hình minh họa sự định hướng cùa mômen từ Fe(Co) trong các

lớp từ giảo (mũi tên đen) và lớp từ mém (mũi tên trăn%) dưới tác dụng cùa từ

trường ngoài thav đôi từ dương đên âm trong quá trình từ hỏa ơ nhiệt độ tháp.

các mômen từ trong vùng vách đômen có xu hướng định hướng theo hướng của từ

trường tác dụng, £ỊỌÌ là quá trình thu hẹp cua vách đó men.

Đáng chú ý ở đâv là độ lớn của từ trường âm / / r2, tương ứng với quá trình

đảo từ trong lóp TbFeCo, càng nhở khi chiều dày /Thí-eCo càng lớn Điều này có thể

được lý giải khi xem xét đến độ dài tương tác trao đôi săt từ (/CN = 30 nm) Mầu có

độ dày /ibPeCo = 12 nm, tươníỉ tác trao đôi sat từ mạnh có hiệu lực trên toàn bộ mầu

với phương từ trường ngoài bới năna, lượns tương tác trao đôi mạnh hơn so với

7

trường hợp mẫu /TbFeCo = 24 nm và 36 nm Do vậy, / T h F e C o càng nhỏ, từ trường âm tác dụng phải càng lớn để thắng tương tác trao đổi và định hướng từ độ lớp này theo phương từ trường.

* Nhiệt độ cao

Đường cong từ hóa đo tại nhiệt độ

100 K được đưa ra trên hình 3 Đối với

nm và 36 nm, trên đường cong từ hóa ta

vẫn quan sát thấy sự xuất hiện của hai

bước chuyên pha cảm từ như đã được

quan sát ở nhiệt độ 5 K (hình 1) Trong

khi đó, với lớp TbFeCo mòng, /ibFeCo =

12 nm, ta thây sự xuất hiện ba bước

chuyên pha Điều này có nghĩa là trong

trường hợp lớp từ giảo dày, dưới tác

dụng của từ trường ngoài, quá trình từ

hóa diễn ra theo trật tự như đã được mô

tả ở trên hình 2 Trong trường họp lớp

từ giảo mỏng, cơ chê từ hóa với ba bước

đảo từ đã được đề xuất trên hình 4.

h „ h (T)

H ì n h 3 Đ ư ờ n g c u n g l ừ đ ộ t i đ ô i s o n g s o n g

( M / M ị 7j l ạ i 100 K c ù a m ầ u T b F e C o / F e v ớ i

h ' h F e C u = 12 , 2 4 v à 3 6 n m

nm, tức là lý giải nguyên nhân CO' bản dẫn đến sự khác nhau của quá trình đảo từ ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao trên mẫu này c ẩ n phải nhẳc lại rằng quá trình từ hóa

là kết quả của sự cạnh tranh giữa các loại năn£ lượng và bước đảo từ thứ nhất được gây ra bởi sự chiêm ưu thê của năng lượng tương tác trao đôi Tuy nhiẻn, quá trình đảo từ diễn ra trước tiên trong lớp nào sẽ tùy thuộc vào tính chất từ nội tại cua nó (tức là phụ thuộc vào tương quan giữa từ độ và dị hướng từ) Khi nhiệt độ thay đổi,

dị hướng từ thay đổi, do đó quá trinh tù' hóa có thê thay đổi theo nhiệt độ Khác với

lớp từ giảo TbFeCo ỉớn hơn nhiêu so với lóp từ mêm), O' nhiệt độ cao, dị hướrm từ

của lớp từ giảo TbFeCo giảm mạnh và từ độ của nó nhỏ hơn rất nhiều so với từ độ

của lớp Fe Do đó, quá trình đảo từ sẽ xảy ra dễ dàng hơn (bước đảo từ thứ nhât, H

< Hri) so với lớp Fe (từ độ lớn nên lớp này vần bị ghim bởi năng lượng Zeeman

của từ trường ngoài) Quá trình từ hóa trong trường hợp này có thê mô tả như sau:

mẫu ở trạng thái bão vách đômen DW xuất hiện

- Khi từ trường giảm, /iQ// r| < p 0H < 5 T, quá trình nỏ’ rộng vách đóm en.

- Khi từ trường tiểp tục giảm (ju0Hr2 < HoH < ỊẦaH ỵI), năng lượng tương tác

trao đổi vượt trội so với năng lượng Zeeman Sự đảo từ diễn ra trước tiên trong lớp TbFeCo để định hướng mômen từ Fe(Co) song song trong toàn bộ mẫu Vì dấu của

từ độ tống cộng bị chi phổi bởi lớp Fe nên kết thúc bước này, từ độ không đôi dâu

Hình 4 Cẩu hình minh họa sự định hướng của mô men từ Fe(Co) trong các lớp từ giảo (mũi tên đen) và ìớp từ mềm (mũi tên trắng) dirới tác dụng của từ trường ngoài thay đôi từ dương đến âm trong quá trình từ hóa ớ nhiệt độ cao.

- Bước chuyển pha thứ hai được quan sát khi từ trường đổi chiều, /jữHr3 <

jUữH < ụ ữH r2 Ở đây, quá trình đảo từ diễn ra đồng thời trong cả lớp Fe và TbFeCo,

trạng thái song song của mômen tù' Fe(Co) vẫn được duy trì bởi tương tác trao đổi Bước chuyển này không làm thay đối độ lớn của từ độ mà chỉ thay đổi dấu của nó

- Tiếp theo là quá trình quay của từ độ trong lớp TbFeCo theo hướng từ trường tác dụng và sự hình thành vách đômen

- Cuối cùng là quá trình thu hẹp của vách đómen và từ độ dân đạt bão hòa

Đường cong từ giảo đo khi từ trường tác dụng trong mặt phăng màng theophương chiều dài của mẫu được đưa ra trẽn hình 5 Trong từ trường thâp, từ giao

9

cao Ằn = 200x10'6 đã đạt được trên

màng có lớp TbFeCo mỏng (12 nm),

trong khi đó từ giảo có giá trị nhỏ hơn

rất nhiều trên màng có lớp từ giảo dày

hơn, Ấn = 40x10'6 và 60x10'6 tương ứng

nm Nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau

này là do sự khác nhau của quá trình từ

hóa Như đã biết, trong các màng từ giảo

đa lớp này, từ giảo tống cộng được gây

ra chủ yếu bời sự đảo từ trong lớp

TbFeCo Với màng có lớp từ giảo dày,

cơ chế từ hóa với hai bước đảo từ tuân

theo mô hình minh họa trong hình 2, và

do đó, tại từ trường thấp chỉ xảy ra đảo

từ cùa lớp từ mềm Fe với đóng góp rất

nhỏ vào từ giảo tông cộng Trong khi

đó, với lớp từ giảo mỏng, quá trình từ

hóa ở nhiệt độ cao bao gồm ba bước đảo

từ như đã được minh họa trên hình 4 Trong trường hợp này, trong vùng từ trường

thấp, quá trình đảo từ diễn ra đồng thời trong cả lớp từ mêm và từ giảo tạo ra từ giảo lớn trên mẫu này

Trong từ trường cao, hình dạng đường cong từ giảo rất khác nhau với sự giảm xuống của từ giảo được quan sát trên tất cả đường cong thực nghiệm của các mẫu Điều này có thê liên quan đên sự xuât hiện của vách đômen, trong đó mômen

từ định hướng lệch khỏi phương từ trường tác dụng, do đó, đórm góp âm vào từ giảo tống cộng [10] Phần đóng góp này thậm chí còn lớn hơn cả phân đóng góp của từ giảo dương của lớp từ mêm, khiên cho từ giảo song song mang dâu âm như được quan sát thấy trên mầu ÍThFeC’o = 24 nm Khi tử trường tiẽp tục tăng lên, từ

từ giảo TbFeCo bẳt đầu đảo từ, định hướng theo phương từ trường tác dụng và

Hình 5 Đường cong từ giảo của các màng đa lớp TbFeCo/Fe với t n i - e C o =

ỉ 2, 24 và 36 nm.

mẫu có xu hướng tiến đến trạng thái bão hòa từ độ Sự đảo từ của lớp này đóng góp dương vào từ giảo tổng cộng, và do vậy từ giảo tiếp tục tăng khi tăng từ

trường (Xem thêm p hụ lục 1)

Đường cong từ hóa đo trên các màng từ giảo đa lớp Terfecohan/YFeCo với thành phần Y thay đổi từ X = 0 đến 0,2 đo tại nhiệt độ 5 K và 100 K được chỉ ra trên hình 6 Khi quét từ trường từ 5 T đến -5 T, trên đường cong từ hóa, ta cũng quan sát thấy sự xuất hiện của chuyển pha từ như quan sát thấy trong trường hợp

màng Terfecohan/Fe ở trên Tại nhiệt độ thấp, T = 5 K, đường cong từ hóa 2 bước

chuyển với quá trình đảo từ xảy ra trước tiên trong lớp từ mềm và tại nhiệt độ cao,

T = 100 K, đường cong từ hóa 3 bước chuyển với quá trình đảo từ xảy ra trước tiên trong lớp từ giảo Hiện tượng quan sát được có thể được giải thích dựa trên sự cạnh tranh giữa các loại năng lượng trong quá trình từ hóa như 2 mô hình được đưa ra trên hình 2 và 4 ở trên

Điêu đáng chú ý ở đây là sự xuât hiện của lực kháng từ dương trên mẫu với

thành phần Y là X = 0,2 Như quan sát thấy trên hình 6, quá trình từ hóa cùng với

sự đảo dấu của từ độ xảy ra ngay cả khi từ trường ngoài chưa đổi dấu Điều này có thể được quan sát rõ hơn trên đường cong từ hóa riêng phần trên hình 7 Nhìn vào

hình này ta thấy sự địch chuyên đường cong đi một khoáng có độ lớn bang f / E

được gọi là từ trường “exchange bias” Hiện tượng này thường được quan sát thấy trên các hệ màng đa lớp sắt từ/phản sắt từ [14] Ở đây, quá trình đảo từ của đường cong từ trề riêng phần xảy ra trước tiên trong lớp YFeCo do đó, độ rộng của đường

cong này sẽ liên quan đến độ lớn của lực kháng từ cùa riêng lớp này H\: giảm từ

155 mT xuống còn 115 mT và 36 mT khi nhiệt độ tăng lên từ 5 K đến 25 K và 50

K, tương ứng Điều này có thê được giải thích là do sự phụ thuộc của các thông sô

từ độ, hằng số tương tác trao đoi và dị hướng từ của cả lớp từ giảo và từ mềm Mô hình lý thuyết đơn giản nhất đế lý giải cho đề xuất trên là giả thiết tất cả vách đômen được định xứ trong lớp từ mêm YFeCo Khi đó, nănR lượny vách đômen được biểu diễn như sau [15]:

ơ ( H ) = M ỴFcCọíỴ,cCoH ,

Dưới tác đụng của từ trường ngoài, năng lượng vách khi đó là:

ơ ( H ) = 7 ĩ ^ 2 A ( 2 M H + K )

T í t K ì Ẩ n t l i ứ r ' t r â n t o n r \ A C* rl ò n rr t*o K n n r r r  t ir A f n f T t*-o r\ A A í l ò t ỉ l ô 1 r A ỉ\

- - - — - - - - - - - o J - " O ~w* V* ' Y

bình phương của từ độ theo công thức:

_MEự 2) \ 2 M VĩeCo(T2)H E(T2)+ K Y F e C o ( ^ 2 )

Nhìn vào biểu thức trẽn ta có thể thấy rằng khi nhiệt độ tăng, H E giảm do từ

độ và dị hướng từ giảm Cách lý giải này rất phù hợp với các kết quả quan sát thực nghiệm ở trên

Hình 6 Đường cong từ trễ và quá trình từ hóa ơ nhiệt độ 5 K (trái) và 100 K (phải) của các m à n g Terfecohan/Yx(FeCo)/_v (a) X = 0, (b) X = 0 ỉ và (c) X = 0.2.

Hình 7 Đường cong từ hóa riêng phần được đo bằng cách quét từ trường từ 5 T đến -0.4 T (chẩm tròn đen) và đường cong từ hóa toàn phần (chấm tròn trong) tại

nhiệt độ 5 K (a) và ỉ 00 K (b) của màng TbFeCo/Y(ì ỵ(FeCo)o s ■

trường thấp và giảm chậm khi ở trong vùng từ trường cao Hiện tượng e;iảm từ giảo trong vùng từ trường cao giống hiện tượng quan sát được trên hình 5 cho mẫu có lớp từ giảo mỏng Cách lý giải hoàn toàn tương tự dựa trên sự hình thành của vách đômen Trong vùng từ trường thâp, sự tăng đột ngột từ giảo có thê được giải thích

do sự quay đồng thời của cả lớp từ giảo và từ mềm như được mô tả trong mô hình được đưa ra trên hình 4

Giải thích chi tiết cho các kết quả thu được trên hệ này đã được mô tả chi tiết trong bài báo phụ lục 2

2.5 Kết luận

Đe tài đã nghiên cứu và mô tả một cách hiện tượng luận quá trình từ hóa, từ giảo, cơ chế lực kháng từ dương và sự hình thành vách đômen tại vùng giáp ranh trong các màng đa lớp có cấu trúc đàn hồi từ Terfecohan/YFeCo Các tính toán lý thuyết được đề xuất cho sự phù hợp khá tốt với các kết quả thực nghiệm quan sát được Với sự phù hợp đó, có thê khang định răng quá trình từ hóa với sự xuât hiện của các chuyển pha cảm từ trên các đường cong từ hóa khác nhau phụ thuộc vào không chỉ nhiệt độ mà còn độ dày của lớp từ giảo, v ề thực chất, đó là do sự cạnh tranh của các loại năng lượng trong quá trình từ hóa Với thê mạnh riêng của mình (từ giảo tỉ lệ bình phương với từ độ), các chuyên pha cảm trường còn được thê hiện

rõ ràng hơn trên các đường cong từ giảo Từ đây, các đặc trưng từ giảo với từ giảo cao trong vùng từ trường thấp và từ giảo giảm trong vùng từ trường cao đã được giải thích theo các mô hình từ hóa được đề xuất Đặc biệt, đóng góp âm của các

vách đômen hình thành ở vùng giáp ranh của các lớp vật liệu từ giảo và từ mềm lần

đầu tiên đã được chỉ ra Sir xuất hiện hiện tượng “exchange-bias” là một hiện tượng vật lý rất mới, lần đầu tiên được quan sát trên hệ màng từ giảo đa lóp này

Đe tài đã hoàn thành theo đúng tiến độ và thời gian đề ra Sản phâm giao nộp là 02 công trình khoa học được đăng tải trên các tạp chí khoa học quốc tế có

uy tín trên thê giới

2.6 Tài liệu tham khảo

[I] A Ludwig and E Quandt, J Appl Phys 87 (2000) 4691

[2j N.H Due, iii: Handbook UJ Physics and Chemistry o f the Rare Earths,

eds K.A.Gschneidner, Jr and L Eyring, Elsevier Science, North- Holland, Amsterdam, vol 32 (2001)

[3] E Quandt, A Ludwig, J Betz, K Mackay, D Givord, J Appl Phys 81

[6] E Quandt and A Ludwig, J Appl Phys 85 (1999) 6232.

[7] F Montaigne, s Mangin, and Y Henry, Phvs Rev B 67 (2003) 144412.

[8] M Sawicki, G J Bowden, p A J de Groot, B D Rainford and J.-M L

Beaujour, Phys Rev B 62 (2000) 5817.

[9] S N Gordeev, J.-M L Beaujour, G J Bowden, B D Rainford and p

A J de Groot, Phys Rev Lett 87 (2001) 186808.

[10J.D Givord, J Betz, K Mackay, J.c Toussaint, J Voiron, and S.D

[ I I].M Sawicki, G J Bowden, p A J de Groot, B D Rainford and J.-M L

Beaujour, Phys Rev B 62 (2000) 5817.

[12].S N Gordeev, J.-M L Beaujour, G J Bowden, B D Rainford and p

A J de Groot, Phys Rev Left 87 (2001) 186808.

[13].F Montaigne, s Mangin, and Y Henry, Phys Rev B 67 (2003) 144412 [14J.E.E Fullerton, J.s Jiang, S.D Bader, J Mcign Magn Mater 200 (1999)

392

[15].F Canet, c Bellouard, s Mangin, c Chatelain, c Senet R Siebrccht,

V Leiner and M Piécuch, Eur Phys J B 34 (2003) 381

15

III PHỤ LỤC

Phu luc ỉ• *

m Joint European Ivkgnetic Symposia

III JOINT EUROPEAN M AG NETIC SYMPOSIA

San S ebastian, 2 6 -3 0 June, 2006

FIRST ANNOUNCEMENT

Tht: Th-.ircJ Joint Euro p eon M u q n etic J ymposict, J&W5, V1.ÍII t e heJd in San Sebastian (Spain ]f ram June 26 through June 30, 2ŨŨ6.

The Joint Europeand M agnetic S’yrnposic* JEMS, a re the unrticcrticn of ttie tvuo most irnpcrtcrit con fet'en cei cn M agnetism regularly Europe, n a m e ly EiViv'A (European M ag n etic Materials a n d Applications) e n d iVfiiVi I M ag n etic Recordinq Materials) The C o n fe re n c e will

fcrunrif ct the rrcicinetiiiTi com m unity to diĩC U ĩỉ n e w c cfiO Epti, pm perfies a n d deự e íop m e n tĩ in cdl br'Cfnohei ot fu n d a m e n ta l a n d

>:t" Vue 11 ct' o n m a g n e tic route rial Ĩ arid tt'ieir cfDplicaticni.

Proceedings: The Proceedings o f tt'ie Syrrposia vuil I b e published C1Í a special issue cf th e Jc>vmaỉ c f A/ktgnethm a n d M a g n e tic Mat er i al s

JEiVB Cent erences, only c rie pcfDer p e r registered p c tiic ip a n t '.".'ill b e published.

The c ie a d lin e ta r th e submission of manuscripts: is April 30th, 2006 D etailed infcrrnaticti regarding the p re p a ra tio n of manuscripts will b e the C o n fe re n c e V'fib ĩite

http: ifwww.se ehu.es/JEMSŨ6,i'fỉrstaimounc erne nt.htm 1/26/200?