Nghiên cứu chế tạo vật liệu có hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (GRM) dạng hạt

TRNG I HC S PHM H NI KHOA VT Lí HA TH THANH BèNH NGHIấN CU CH TO VT LIU Cể HIU NG T IN TR KHNG L (GMR) DNG HT KHểA LUN TễT NGHIP I HC H NI - 2012 TRNG I HC S PHM H NI KHOA VT Lí HA TH THANH BèNH NGHIấN CU CH TO VT LIU Cể HIU NG T IN TR KHNG L (GMR) DNG HT KHểA LUN TễT NGHIP I HC Chuyờn ngnh: VT Lí CHT RN Ngi hng dn khoa hc: TS BI XUN CHIN H NI - 2012 Li cm n Trc ht em xin by t lũng kớnh trng v bit n sõu sc n TS Bựi Xuõn Chin , ngi ó ch bo tn tỡnh v to mi iu kin giỳp em hon thnh khúa lun ny Em xin chõn thnh cm n cỏc thy cụ giỏo, cỏc bn sinh viờn khoa Vt lý, trng i hc S phm H Ni ó to iu kin, ng viờn giỳp em sut quỏ trỡnh thc hin khúa lun Cui cựng, em xin by t lũng bit n n b m, ụng b, v tt c nhng ngi thõn yờu gia ỡnh ó ng viờn khớch l em rt nhiu c v vt cht ln tinh thn thi gian em thc hin khúa lun ny Tỏc gi khúa lun LI CAM OAN Tụi xin cam oan rng s liu v kt qu nghiờn cu khúa lun ny l trung thc v khụng trựng lp vi cỏc ti khỏc Tụi cng xin cam oan rng mi s giỳp cho vic thc hin khúa lun ny ó c cm n v cỏc thụng tin trớch dn khúa lun ó c ch rừ ngun gc Sinh viờn thc hin Ha Th Thanh Bỡnh MC LC M U CHNG TNG QUAN 1.1 Hiu ng t in tr 1.1.1 Hiu ng t in tr thng OMR (Ordinary Magneto Resistance) 1.1.2 Hiu ng t d hng AMR (Anisotropic Magneto Resistance) 1.1.3 Hiu ng t in tr khng l GMR (Giant Magneto Resistance) 1.1.4 Mt trng thỏi 1.1.5 Trng thỏi siờu thun t 10 1.2 Cu trỳc v trng thỏi t ca vt liu t in tr dng ht 11 1.2.1 Thnh phn cu to ca vt liu GMR 11 1.2.2 Cu trỳc nano ca vt liu t in tr dng ht 12 1.2.3 Cu trỳc n domain 14 1.3 C ch ca hiu ng t in tr khng l GMR 16 1.3.1 Mụ hỡnh hai dũng Mott 17 1.3.2 Mụ hỡnh tỏn x ph thuc spin gii thớch GMR h a lp 19 1.3.3 Gii thớch hin tng mu ht 23 1.4 Mt s ng dng hiu ng GMR 25 CHNG THC NGHIM 27 2.1 Cụng ngh ch to mu 27 2.1.1 Cụng ngh ngui nhanh n trc 27 2.1.2 Nu phi, phun hp kim núng chy to vt liu dng bng mng 28 2.1.3 K thut gia cụng mu 30 2.1.4 X lớ nhit kt tinh bng lũ nhit 30 2.2 Cỏc phng phỏp nghiờn cu 31 2.2.1 Phng phỏp nhiu x tia X XRD (X ray diffraction) 31 2.2.2 Phng phỏp o t in tr bng mi dũ 31 2.2.4 Phng phỏp o tớnh cht t bng t k mu rung 34 CHNG KT QU V THO LUN 36 3.1 Phõn tớch cu trỳc mu bng nhiu x tia X (XRD) 36 3.2 Kho sỏt hiu ng GMR vt liu h ht 37 3.2 Kho sỏt nh hng ca ch nhit lờn t s GMR ca h Cu Co 39 KT LUN CHUNG TI LIU THAM KHO DANH MC CC CH VIT TT V K HIU S DNG TRONG LUN VN Ch vit Ch ting Anh y Ngha ting Vit AF Antiferromagnetic Phn st t DOS Density of States Mt trng thỏi FM Ferromagnetic St t GMR Giant Magnetoresistance T in tr khng l OMR Ordinary Magnetoresistance T in tr thng RKKY Ruderman-Kittel-Kasuya- Tờn cỏc nh khoa hc tt -Yosida SEM Scanning Electron Hin vi in t quột Microscope Spin Spin up in t spin hng lờn Spin Spin down in t spin hng xung VSM Vibrating Sample T k mu rung Magnetometer XRD X-ray Diffraction Nhiu x tia X M U Lớ chn ti T nhng nm cui ca thp k 80 tr li õy, nhiu hin tng v tớnh cht vt lý mi ó c khỏm phỏ v nghiờn cu rt mnh m cỏc h t cú cỏc c trng kớch thc c gim nh Mt nhng khỏm phỏ tiờu biu ca thi k ny l hiu ng t in tr khng l GMR (Giant magnetoresistance) cỏc mng mng a lp bao gm cỏc lp st t xen k vi cỏc khụng t v h ht bao gm cỏc ht st t nm trờn nn kim loi khụng t Ngay sau i, hiu ng GMR ó tr thnh mt núng hi lnh vc vt lý Hiu ng t in tr ó c khỏm phỏ t rt lõu, khong gia thp k 80 ca th k XIX, v cú bn cht l hiu ng Hall Hiu ng GMR cng l mt hiu ng t in tr nhng cú s thay i in tr ln hn rt nhiu (khong vi chc phn trm) so vi hiu ng t in tr thụng thng (khong vi phn ngn) v cú bn cht hon ton mi Chớnh vỡ vy hiu ng ny ó tr thnh mt ch ni bt vt lý hc cng nh khoa hc k thut vt liu Hiu ng GMR c tỡm vo nm 1988 thỡ n nm 1994 ó cú nhng sn phm GMR u tiờn c bỏn trờn th trng th gii cụng ty Nonvolatile Electronics Inc (NVE) ca M ch to ú l nhng cm bin t trng dựng cho cỏc mc ớch khỏc t cụng nghip ụ tụ cho n cỏc thit b tr thớnh Do nhng u im vt tri ca vt liu ny l kh nng chng nhiu v chng n rt cao nờn chỳng c ng dng cỏc a cng ca mỏy tớnh, lm b nh t khụng t xúa MRAM Nh vy ng dng ln nht m t hiu ng ny l vic phỏt trin cỏc linh kin spintronics, cỏc linh kin in t th h mi hot ng da trờn vic iu khin dũng spin ca in t Cỏc c trng ca cỏc thit b in t th h mi ny cú tớnh t hp cao (c in t hc, t hc v quang t), a chc nng, thụng minh, nh gn, tiờu th ớt nng lng nhng hiu sut cao, x lý v kh lm ti (refresh) thụng tin vi tc rt cao Cú th núi cụng ngh spintronics s gúp phn quan trng vo s phỏt trin ca cụng ngh in t tin hc vin thụng th k 21 iu ny c khng nh bỏo cỏo "Khoa hc v cụng ngh to nờn hỡnh dỏng th k 21" tng thng M B.Clintn trỡnh by trc quc hi M nm 1997 v chin lc phỏt trin khoa hc v cụng ngh ca M th k XXI T cỏc cụng trỡnh nghiờn cu liờn quan n hiu ng GMR nc ngoi cho thy cỏc mng mng a lp (c hng chc lp) cú hiu ng GMR ln, cú th n c 100% nhng t trng cao v nhit thp i vi cỏc bng dng ht, hiu ng GMR thp hn nhng cụng ngh ch to li n gin, cú kh nng ch to c iu kin k thut hin nc ta Chớnh vỡ l ú em chn ti Nghiờn cu ch to vt liu cú hiu ng t in tr khng l (GMR) dng ht lm ti khúa lun tt nghip ca mỡnh Mc ớch nghiờn cu - Nghiờn cu hiu ng t in tr - Nghiờn cu cụng ngh ch to hp kim bng phng phỏp ngui nhanh - Kho sỏt hiu ng GMR h ht - Kho sỏt nh hng ca ch nhit lờn t s GMR ca h Co-Cu i tng v phm vi nghiờn cu - i tng nghiờn cu: Mu bng dng ht Cu-Co ch to bng cụng ngh ngui nhanh - Phm vi nghiờn cu: Nghiờn cu hiu ng t in tr h ht Cu-Co Nhim v nghiờn cu Nghiờn cu ti liu, tin hnh thớ nghim, phõn tớch kt qu v a kt lun Phng phỏp nghiờn cu - Phng phỏp nghiờn cu lớ thuyt - Phng phỏp nghiờn cu thc nghim Cu trỳc lun Ngoi phn m u, kt lun v ti liu tham kho, lun gm chng chớnh: Chng 1: Tng quan Chng 2: Thc nghim Chng 3: Kt qu v tho lun 1.1 Hiu ng t in tr 1.1.1 Hiu ng t in tr thng OMR (Ordinary Magneto Resistance) T in tr, hay cũn gi tt l t tr (vit tt l OMR), l tớnh cht ca mt s vt liu, cú th thay i in tr sut di tỏc dng ca t trng ngoi Hiu ng ny c phỏt hin ln u tiờn vo nm 1856 vi s thay i in tr khụng quỏ 5%, v c gi l hiu ng t in tr thng 1.1.2 Hiu ng t d hng AMR (Anisotropic Magneto Resistance) T in tr d hng (vit tt l AMR) l mt hiu ng t in tr m ú t s t in tr ph thuc vo hng ca dũng in, m bn cht l s ph thuc ca in tr vo gúc tng i gia t v dũng in Hiu ng AMR ch xy cỏc mu kim loi st t hoc mt s cht bỏn dn hoc bỏn kim (cú xy hiu ng Hall ln d thng) nhng khỏ nh Trong t hc, ngi ta c trng cho tớnh cht t in tr d hng bi bin thiờn in tr sut theo hai phng song song v vuụng gúc vi t trng: (1.1.3) v hiu ng AMR c ỏnh giỏ thụng qua t s: (1.1.4) vi: (1.1.5) 1.1.3 Hiu ng t in tr khng l GMR (Giant Magneto Resistance) Hiu ng t in tr khng l (vit tt l GMR) l s thay i ln ca in tr cỏc vt liu t di tỏc dng ca t trng ngoi ln ca GMR c th hin qua t s t in tr: GMR(%) ( H ) (0) R( H ) R(0) 100% 100% (0) R(0) (1.1.7) GMR l mt hiu ng t in tr nhng l mt hiu ng lng t khỏc vi hiu ng t in tr thụng thng c nghiờn cu t cui th k 19 Hiu ng ny ln u tiờn c phỏt hin vo nm 1988 Nhúm nghiờn cu ca Albert Fert i hc Paris-11 trờn cỏc siờu mngFe(001)/Cr(001) cho t s t tr ti vi chc % 1.1.4 Mt trng thỏi Trong nguyờn t, cỏc in t sp xp theo tng mc nng lng t thp n cao theo nguyờn lý Pauli, to thnh cỏc lp (s, p, d, f, ) Trong kim loi núi chung, cỏc in t lp ngoi (s, d v f) l cỏc yu t chớnh quyt nh tớnh cht lý húa ca vt liu bi vỡ tớnh linh ng ca chỳng cao hn ca cỏc in t lp Cỏc in t 4s cú linh ng ln gn nh l in t t Cỏc in t 4s ny úng gúp chớnh vo quỏ trỡnh dn in nờn chỳng c gi l cỏc in t dn Cỏc in t 3d c gi l cỏc in t t vỡ chỳng úng gúp chớnh vo tớnh cht t ca nguyờn t v ca vt liu i vi cỏc kim loi m lp 3d in y hon ton, momen t ca nguyờn t bng khụng spin ca cỏc in t ghộp ụi trit tiờu ln Trong cỏc nguyờn t t, lp in t cha in y ó in sang lp ngoi to nờn momen t nguyờn t Theo nguyờn lý thun t Pauli, tớnh thun t c gii thớch da trờn s tỏch vựng cú t trng ngoi nh sau: Khi khụng cú t trng ngoi, lp 3d tỏch thnh hai vựng ging nhau, mt vựng cha cỏc in t cú spin up (ms = ẵ), vựng cũn li cha cỏc in t cú spin down (ms = ẵ) Tng momen t ca nguyờn t bng khụng, ú momen t ca vt liu bng khụng 1.2 Cu trỳc v trng thỏi t ca vt liu t in tr dng ht 1.2.1 Thnh phn cu to ca vt liu GMR Thnh phn cu to ca vt liu t in tr khng l GMR gm hai thnh phn chớnh l vt liu phi t (nh Cu, Ag, Au,) v vt liu t (nh Fe, Co,) 1.2.2 Cu trỳc nano ca vt liu t in tr dng ht Vt liu nano dng ht, gm cỏc ht kim loi nn kim loi nn kim loi khỏc khụng hũa tan, chng hn nh Co nn Cu Trong vt liu cu trỳc nano dng ht, cỏc then cht quyt nh n cỏc tớnh cht vt lý ca vt liu thụng qua cỏc yu t nh t phn th tớch ca cỏc ht x v Hai yu t xv v 2r thng c cho l nhng nhõn t gõy nh hng n tớnh cht vt lý ca vt liu, giỏ tr ca xv thay i t n 1.2.3 Cu trỳc n domain Cu trỳc t ca vt st t c quy nh bi: hỡnh dng vt t, cu trỳc ht (kớch thc, hỡnh dng, s nh hng ) S thay i kớch thc ht dn n s thay i cu trỳc domain Khi kớch thc ht ca vt t gim di kớch thc ti hn, xut hin mt cu hỡnh domain mi m mi ht s l mt domain, ú l cu trỳc n domain Vt liu t gm cỏc ht t cú th tớch nh, mi ht cú momen t riờng Khi khụng cú t trng ngoi cỏc momen t c sp xp mt cỏch ngu nhiờn v trit tiờu Khi cú t trng ngoi khỏc khụng cỏc momen t quay theo chiu ca t trng ngoi Nh vy, t ca mu (M) bng tng t ca cỏc ht n domain: M M H Ms cos H Trong ú: l gúc gia trc d ca ht st t v phng ca t trng ngoi Ms l t bóo hũa H l t trng ngoi l giỏ tr trung bỡnh ly trờn ton b cỏc ht st t 1.3 C ch ca hiu ng t in tr khng l GMR 1.3.1 Mụ hỡnh hai dũng Mott (1.2.6) L khỏi nim c xut nm 1935 bi Mott gii thớch cỏc tớnh cht bt thng ca in tr cỏc kim loi st t Mott cho rng nhit thp cho tỏn x trờn magnon nh thỡ cỏc dũng chuyn di in t chim a s (cú spin song song vi t ) v thiu s (cú spin i song song vi t ) s khụng b pha trn quỏ trỡnh tỏn x S dn in cú Hỡnh: Mụ hỡnh mch song song th coi l tng hp ca hai dũng c lp v khụng cõn bng ca hai loi spin cú chiu khỏc Cỏc lp phn st t hay phi t úng vai trũ ngn cỏch gia cỏc lp st t, khin cho mụmen t ca cỏc lp st t phi cú s nh hng khỏc cho cú s cõn bng v t S tỏc ng ca t trng ngoi dn n vic thay i s nh hng ca mụmen t mi lp, dn n s thay i v dũng dn ca cỏc spin phõn cc, v dn n s thay i v in tr sut 1.3.2 Mụ hỡnh tỏn x ph thuc spin gii thớch hiu ng GMR h a lp Hin tng tỏn x ph thuc spin ca cỏc in t dn c hiu nh sau: Gi s tỏn x cú spin up Ta xột hai in t cú spin khỏc cựng gp tõm tỏn x ny Rừ rng hai in t cú spin down s d dng b bt (tỏn x) vo trng thỏi trng cú spin down cũn in t cú spin up khú b tỏn x Xột h a lp gm cỏc lp t (FM) Co xen k bi cỏc lp khụng t Cu Vi mt kớch thc nht nh, gi s t trng ngoi bng khụng, cỏc momen t ca cỏc lp st t cnh nh hng phn song song ụi mt vi (gi l trng thỏi phn st t) Khi ú, cỏc in t dn 4s cú spin up v spin down ca Cu s b tỏn x nh i qua cỏc lp st t Co, h trng thỏi in tr cao Khi tỏc dng t trng ngoi H ln, cỏc momen t ca cỏc lp Co s nh hng theo chiu ca t trng ngoi v ú chỳng song song vi in t dn cú spin khỏc i qua lp st t s b tỏn x khỏc C th, in t cú spin ngc chiu vi H s b tỏn x mnh, 10 cũn cỏc in t cú spin song song vi H s b tỏn x ớt hn, gõy on mnh kờnh dn ny, h trng thỏi in tr thp 1.3.3 Gii thớch hin tng mu ht Ht t Nn phi t Spin Spin H=0 H0 Hỡnh 1.11: S minhRho c rch tỏn x in t rvi cỏc Rspin khỏc vt liu t in tr dng ht r r R R a/ Sp xp kiu phn st t, t trng ngoi H = (1 kờnh dn); b/ Sp xp kiu st t, cú t trng ngoi H v hai kờnh dn ca cỏc in t cú spin ngc Trc ht gi s ta cú mu gm cỏc ht st t Co nm nn kim loi khụng t Cu Ta coi hai ht st t nm cnh ging nh hai lp st t h a lp, nn phi t gia hai ht Co coi nh lp kim loi phi t nm gia hai lp st t ú Xột ton h, khụng cú t trng ngoi momen t ca cỏc ht st t nh hng ngu nhiờn, ú c hai kờnh in t s b tỏn x mnh trờn ng chuyn ng qua cỏc ht st t, h trng thỏi in tr cao T trng ngoi tng dn s lm tng dn s cỏc ht cú momen t song song vi (do chỳng cựng song song vi t trng ngoi) Mt kờnh spin (kờnh cú spin song song vi hng ca t trng ngoi) s b tỏn x ớt dn kờnh cũn li tỏn x mnh dn, in tr ca h gim dn Khi t trng ngoi mnh lm quay ton b s momen t ca h, kờnh spin cú hng song 11 song vi t trng ngoi s gn nh truyn qua hon ton, kờnh cũn li gn nh b tỏn x hon ton, in tr ca h t giỏ tr thp nht 1.4 Mt s ng dng hiu ng GMR Hiu ng GMR c phỏt hin vo nm 1988, hiu ng ny ó nhanh chúng c a vo ng dng mt s lnh vc c th, chng hn: Cm bin o t trng, cm bin xỏc nh v trớ, thit b kim tra vt liu khụng phỏ hy mu, u c t, b nh cỏc linh kin ny cú nhiu tớnh nng v u im so vi cỏc linh kin truyn thng Cỏc linh kin ch to da trờn hiu ng GMR ngy cng c nghiờn cu v a vo ng dng nhiu bi chỳng cú nhiu u im so vi cỏc linh kin s dng cỏc hiu ng t-in truyn thng, nờn cú th khụng cn n (hoc ch s dng mc rt n gin) cỏc b tin khuch i v lc nhiu i vi nhng cm bin GMR Ngoi ra, cú th iu khin c t trng lm bóo ho i vi cỏc cm bin GMR, ú cú th m rng cng nh ch ng lm thay i c phm vi t trng lm vic ca chỳng CHNG THC NGHIM 2.1 Cụng ngh ch to mu 2.1.1 Cụng ngh ngui nhanh n trc Nguyờn tc chung: Tc lm lnh c xỏc nh bng cụng thc: Rc Tm Tc t (2.1.1) Vi: Tm, Tc ln lt l nhit ca hp kim núng chy, v nhit ca mụi trng lm lnh, t l thi gian thu nhit Nguyờn lý ca phng phỏp ny l dựng mt trng quay cú b mt nhn búng vi tc cao lm mụi trng thu nhit ca hp kim núng chy Hp kim c lm núng chy ni nu bng phng phỏp núng chy cm ng bng dũng in cao tn Ni 12 nu c thit k c bit cho khe nú cú mt khe hp v t gn sỏt b mt trng Dựng mt dũng khớ nộn (thng l cỏc khớ tr trỏnh ụxi húa) thi hp kim núng chy lờn b mt trng quay Vỡ ming vũi phun t rt gn mt trng nờn hp kim b dn mng v rt d b ly nhit, ng thi nh trng quay vi tc cao nờn hp kim va b lm lnh nhanh, va b dn mng kộo thnh bng di 2.1.2 Nu phi, phun hp kim núng chy to vt liu dng bng mng T nguyờn liu ban u l cỏc kim loi t nh: Co cú sch 99,0 % v cỏc kim loi phi t nh: Cu, cú sch 99,9 % Hn hp kim loi c nu ni thch anh bng lũ cao tn mụi trng khụng khớ Hp kim sau nu phi liu c cho vo vũi phun v c lm núng chy cm ng bng dũng cao tn, ri sau ú c phun trờn mt trng ng cú b rng w vi tc quay VR Hp kim c lm ngui nh trng ng ang quay to thnh bng mng 2.1.3 K thut gia cụng mu Cỏc mu mi ch to thng cú dng bng mng cú b rng khong 10mm, b dy 20 35 m vi di khỏc nhau, cú th lờn ti vi chc Vỡ vy cú c mu phự hp vi yờu cu nghiờn cu cu trỳc v xỏc nh in tr, thỡ t cỏc bng mng chỳng ta phi gia cụng, ct v lm sch tht cn thn Sau gia cụng, em mu nhit vi nhit v thi gian khỏc 2.1.4 X lớ nhit kt tinh bng lũ nhit Mu sau ch to c x lý nhit kt tinh, lm thay i cỏc ht t nn phi t bng lũ nhit Lũ nhit c ch to, cú ch iu chnh nhit t ng, sai s khụng quỏ 20C, vi di nhit t 100oC 800oC Lũ c bt v t nhit cho n nhit n nh vũng khong 60 phỳt Sau nhit lũ ó n nh, mu c t ng thch anh chõn khụng v a vo lũ Cỏc iu kin v nhit v thi gian x lý nhit ca cỏc mu 2.2 Cỏc phng phỏp nghiờn cu 2.2.1 Phng phỏp nhiu x tia X XRD (X ray diffraction) 13 Cỏc gin nhiu x tia X (XRD) ca mu nghiờn cu c thc hin trờn mỏy nhiu x tia X vi bc x Cu-K Cỏc mu trc phõn tớch nhiu x tia X c ct dng hỡnh ch nht, vi chiu rng 5mm, di 15 18mm v c lm sch bng dung dch Etanol (ru Etylic) 20 phỳt trờn mỏy rung siờu õm Sau ú, mu c dỏn trờn thy tinh bng bng dớnh hai mt v c gn vo mỏy phõn tớch Ph nhiu x ca mi mu s th hin cỏc c trng c bn ca tinh th mu ú Qua ph nhiu x tia X ta cú th xỏc nh c cỏc c tớnh cu trỳc ca mng tinh th nh: kiu mng, thnh phn pha tinh th, kt tinh v cỏc thụng s mng 2.2.2 Phng phỏp o t in tr bng mi dũ Nguồn chiều ổn định DC M y đo điện p mV Nam châm điện M ẫu S N Hỡnh 2.3: S mỏy o in tr mi dũ[3] Mu c gn trờn cn mu, thay cho cỏc mi dũ, cỏc in cc c s dng l cỏc dõy dn m bc hoc m vng v c gn trờn mu bng thic vi cỏc im nh T s GMR ca mu c tớnh trc tip t s liu tớn hiu ca in ỏp, bi vỡ chỳng ta bit R/R(0) = U/U(0); vi R l s bin thiờn in tr ca mu cú t trng ngoi v khụng cú t trng ngoi, R(0) l in tr ca mu t trng ngoi bng cũn U l s bin thiờn in ỏp trờn hai in cc mi dũ gn trờn mu cú t trng ngoi v khụng cú t trng ngoi, U(0) l in ỏp trờn hai cc 14 mi dũ t trng ngoi bng Do cu hỡnh ca mu (chiu di, tit din) luụn c nh sut quỏ trỡnh o, bi vy tớnh t s GMR cỏc yu t ny b trit tiờu 2.2.4 Phng phỏp o tớnh cht t bng t k mu rung Thit b t k mu rung l mt thit b rt hin i dựng xỏc nh t ca mu hot ng theo nguyờn lý cm ng in t thc hin phộp o ny mu c rung vi tn s xỏc nh vựng t trng ng nht T trng s t húa mu v mu rung s sinh hiu in th cm ng trờn cun dõy t cnh mu Tớn hiu ny c thu nhn, khuych i v x lý trờn mỏy tớnh v cho ta bit giỏ tr t ca mu 15 CHNG KT QU V THO LUN 3.1 Phõn tớch cu trỳc mu bng XRD Cu C- ờng độ (đ.v.t.y) Co30Cu70 40 Co 42 44 Cu 46 48 o 2( ) 50 52 54 Dựng phng phỏp XRD cú th phn no oỏn nhn c cu trỳc ca ca vt Hỡnh 3.1: Gin nhiu x tia X ca mu Co30Cu70 nhit liu GMR ch to bng phng nhanh Kt qu o XRD cỏc mu Cu-Co 450 oC phỏp trongngui 60 phỳt ch to bng phng phỏp ngui nhanh, u cho thy pha nn phi t Cu a tinh th cú cu trỳc lp phng tõm mt (fcc) Trong tt c cỏc mu cú hm lng phn trm nguyờn t Co khỏc nhau, cho thy cỏc vch nhiu x ca Cu luụn xut hin 3.2 Kho sỏt hiu ng GMR vt liu h ht T kt qu o s thay i in ỏp theo t trng ngoi, sau ú ỏp dng cụng thc tớnh GMR% ta tớnh c t s GMR vi hai ng o i v o v, t -1,3T qua v v 1,3 T v ngc li, kt qu cho thy ng o i v ng o v gn nh trựng khớt nhau, vi ng t s GMR ph thuc vo t trng cng nh ng in ỏp ph thuc vo t trng (xem hỡnh 3.1 v 3.2), hai nh ng o i v ng o v gn nh trựng 16 nhau, iu ny phự hp vi kt qu phộp o ng cong t tr vi lc khỏng t nh, giỏ tr -Hc v Hc gn iu ú cho thy mu th hin tớnh ng hng ca hiu ng GMR vt liu cu trỳc h ht l cỏc ht cú kớch thc c nanomet, nh hn rt nhiu so vi kớch thc hỡnh hc ca mu, cỏc ht cú xu th co li thnh hỡnh cu, khỏc vi mu mng mng, cỏc ht dt theo phng mt mng mng to nờn tớnh d hng cho ht v cho c h Co10Cu90 0,103 0,102 U (mV) 0,101 0,100 0,099 0,098 0,097 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 Từ tr- ờng ngoài, H (T) Hỡnh 3.2: in ỏp o trờn cc ca mi dũ thay i theo t trng ngoi 17 GMR (%) -1 -2 -3 -4 -5 -6 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 Từ tr- ờng ngoài, H (T) Hỡnh 3.3: t s GMR ph thuc vo t trng ngoi ca mu Co10Cu90 sau 4500C, 60 phỳt 3.2 Kho sỏt nh hng ca ch nhit lờn t s GMR ca h Cu Co Tớnh cht ca vt liu t núi chung v tớnh cht ca vt liu t in tr núi riờng ph thuc nhiu vo quỏ trỡnh nhit kt tinh Trong quỏ trỡnh nhit lm thay i kớch thc hỡnh hc ca cỏc ht t Cỏc nguyờn t t (Co) t li thnh cỏc ht t nn vt liu phi t dn n mt s ht t v khong cỏch gia chỳng t c kớch thc ti u, ú t s GMR tng Tuy nhiờn nu nhit tip tc tng, di tỏc dng ca nhit lm khuch tỏn cỏc nguyờn t ca cỏc ht t (Co) nn phi t (Cu) lm cho kớch thc ca cỏc ht t tng ln hn kớch thc ti hn ca cỏc ht n domain, ng thi lm gim khong cỏch gia chỳng dn ti t s GMR gim 18 As-spun o 450 C, 60 -1 GMR(%) GMR (%) -1 -2 -3 -2 -3 -4 o 450 C, 30 o 500 C, 30 o 550 C, 30 -4 -5 -5 -1.5 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 -1.0 1.5 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 H(T) H (T) Hỡnh 3.4: T s GMR ca mu Hỡnh 3.5: T s GMR ca mu Co10Cu90 trc v sau nhit Co10Cu90 cỏc nhit khỏc 4500C, 60 phỳt thi 15 c b Co10Cu90 10 gian a M(emu/g) -5 a/ As-spun o b/Annealed at 450 C, 60 mins o c/Annealed at 550 C, 45 mins -10 -15 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 H(T) Hỡnh 3.6: ng cong t tr ca mu Co10Cu90 [1] d Cha x lớ nhit e 4500C, 60 phỳt f 5500C, 60 phỳt 30 phỳt 19 Vic thay i nhit v thi gian lm cho tớnh cht t ca mu cng thay i Khi nhit tng, kớch thc ca ht t cng tng, ng thi lm tng tớnh st t ca mu Nghiờn cu trờn cựng mt vt liu vi nhit v thi gian thay i thỡ t s GMR cng bin thiờn Tuy nhiờn t s GMR s t giỏ tr ti u mt giỏ tr no ú ca nhit hoc thi gian, v nu ta tip tc thay i cỏc giỏ tr ny thỡ t s GMR s gim Bi vỡ vi cỏc iu kin nhit ú cha kớch thc cỏc ht phỏt trin t giỏ tr ti u hoc ln hn giỏ tr ti u, v iu kin kớch thc ú ó nh hng ti t s GMR Nghiờn cu s ph thuc vo thi gian trờn th hỡnh 3.6 ta cng thy i vi mu Co10Cu90 t s GMR tng so vi trc , nhng t s ny ch t cc i mt iu kin no ú ri sau ú li gim thi gian v nhit tng c bit nhit t 5500C t s GMR gim, nhng nú li bóo hũa t trng thp th lỳc ny sc, nhn cú th quan sỏt trờn hỡnh 3.8 Co10Cu90 0.0 o Ta=550 C ta=45 mins GMR (%) -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 H (T) Hỡnh 3.8: T s GMR ca mu Co10Cu90 5500C, 45 phỳt KT LUN CHUNG 20 Bng cụng ngh ngui nhanh, ó ch to c mu hp kim Co-Cu Cỏc mu ch to dng bng mng cu trỳc dng ht vi dy 20 - 30m, c tớnh tt Cỏc mu c x lớ nhit theo cỏc ch thớch hp cú th nghiờn cu hiu ng GMR Kho sỏt c hiu ng GMR vt liu cu trỳc dng ht t trng thay i t -1,3T n 1,3T Nghiờn cu kho sỏt nh hng ca ch nhit lờn t s GMR h ht Co-Cu Ta thy t s GMR ch t c c 5,2% nhit 450 0C, thi gian l 60 phỳt T s ny gim tng thi gian v nhit , v t giỏ tr bóo hũa t trng thp nhit 5500C [...]... 1.1 Hiệu ứng từ điện trở 1.1.1 Hiệu ứng từ điện trở thường OMR (Ordinary Magneto Resistance) Từ điện trở, hay còn gọi tắt là từ trở, là tính chất của một số vật liệu, có thể thay đổi điện trở suất dưới tác dụng của từ trường ngoài Hiệu ứng này lần đầu tiên được phát hiện bởi William Thomson (Lord Kelvin) vào năm 1856 với sự thay đổi điện trở không quá 5% Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng từ điện trở. .. 1.1.5 Trạng thái siêu thuận từ Dựa trên cấu trúc vi mô vật liệu từ được chia làm 3 loại: vật liệu nghịch từ, vật liệu thuận từ, vật liệu sắt từ Vật liệu nghịch từ là loại vật liệu có momen 11 từ nguyên tử bằng không Hai loại vật liệu từ còn lại có momen từ nguyên tử khác không do các lớp điện tử chưa điền đầy, nhưng trong vật liệu thuận từ không có trật tự từ, tức là các momen từ nguyên tử sắp xếp một... trúc là các hạt Co siêu thuận từ trên nền Cu có tỉ số từ trở đạt tới hơn 20% Các nghiên cứu về sau tiếp tục phát triển và lý giải hiệu ứng này, và tính từ "khổng lồ" không còn được hiểu theo nghĩa độ lớn của hiệu ứng từ điện trở nữa, mà hiểu theo cơ chế tạo nên hiệu ứng: đó là cơ chế tán xạ phụ thuộc spin của điện tử, và từ đó tất cả các hiệu ứng có cơ chế tán xạ phụ thuộc spin, mặc dù từ số GMR nhỏ... trạng thái từ của vật liệu từ điện trở dạng hạt 1.2.1 Thành phần cấu tạo của vật liệu GMR H¹t s¾t tõ; Co, Fe, Ni, NiCo, FeCo, NÒn kim lo¹i phi tõ: Cu, Au, Ag, § Õ(Si/SiO2, Si, thñy tinh, sa-phia, Hình 1.3: Sơ đồ minh họa cấu trúc dạng hạt của màng mỏng đơn lớp[7] Thành phần cấu tạo của vật liệu từ điện trở khổng lồ GMR gồm hai thành phần chính là vật liệu phi từ (như Cu, Ag, Au,…) và vật liệu từ (như... động của điện tử dẫn qua các lớp từ hoặc các hạt từ có thể coi là bảo toàn spin - Thứ hai, khi các hạt sắt từ hoặc các lớp từ không còn là đơn đomain, tương tác của các điện tử dẫn với các momen từ phân bố khác nhau trong hạt từ hoặc lớp từ sẽ tạo điều kiện cho hai kênh điện tử dẫn trộn lẫn Cả hai nguyên nhân đều làm ảnh hưởng đến hiệu ứng GMR 1.3 Cơ chế của hiệu ứng từ điện trở khổng lồ GMR Điện trở của... nano của vật liệu từ điện trở dạng hạt Vật liệu rắn kim loại dạng hạt được chia làm 2 loại: Loại thứ nhất gồm các hạt kim loại trong nền vật liệu điện môi như SiO2 và Al2O3, loại thứ hai gồm các kim loại từ kích thước nanomet trong nền kim loại phi từ, đó là vật liệu GMR, đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây, ví dụ như hệ Co – Cu 13 Vật liệu nano dạng hạt, gồm các hạt kim... tượng từ điện trở ở đây chủ yếu bị tri phối bởi sự thay đổi khối lượng hiệu dụng của điện tử khi tán xạ trên các vùng năng lượng, và giá trị tỉ số AMR có thể phụ thuộc vào bậc hai của từ trường: (1.1.6) với τ, e là thời gian hồi phục và điện tích của điện tử, m1, m2 là khối lượng hiệu dụng trên các vùng năng lượng 1.1.3 Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ GMR (Giant Magneto Resistance) Hiệu ứng từ điện trở khổng. .. khổng lồ (Giant magnetoresistance, viết tắt là GMR) là sự thay đổi lớn của điện trở ở các vật liệu từ dưới tác dụng của từ trường ngoài Hình 1.1: Kết quả về hiệu ứng từ điện trở khổng lồ trong các siêu mạng Fe/Cr phát hiện bởi nhóm của Albert Fert[8] 7 Độ lớn của GMR được thể hiện qua tỉ số từ điện trở: GMR%   ( H )   (0) R( H )  R(0) 100%  100%  (0) R(0) (1.1.7) GMR là một hiệu ứng từ điện trở. .. trong vật liệu sắt từ có tồn tại trật tự từ Trong vật liệu thuận từ, các nguyên tử có momen từ nguyên tử khác không, nhưng do không có tương tác trao đổi giữa các momen từ này nên chúng định hướng ngẫu nhiên dưới tác động của năng lượng nhiệt Khác với vật liệu thuận từ, trong chất sắt từ tương tác trao đổi giữa các momen từ nguyên tử tạo nên trật tự từ nhưng nếu trong một hệ sắt từ, kích thước các hạt. .. từ của vật từ gồm các hạt, mà mỗi hạt được cấu tạo bởi một domain từ Có nghĩa là trong mỗi hạt đó, các mômen từ sắp xếp đều nhau theo cùng một hướng * Sự hình thành cấu trúc đơn domain: Cấu trúc từ của vật sắt từ được quy định bởi: hình dạng vật từ, cấu trúc hạt (kích thước, hình dạng, sự định hướng ) Sự thay đổi kích thước hạt dẫn đến sự 15 thay đổi cấu trúc domain Khi kích thước hạt của vật từ giảm ... trng thỏi t ca vt liu t in tr dng ht 1.2.1 Thnh phn cu to ca vt liu GMR Hạt sắt từ; Co, Fe, Ni, NiCo, FeCo, Nền kim loại phi từ: Cu, Au, Ag, Đ ế(Si/SiO2, Si, thủy tinh, sa-phia, Hỡnh 1.3: S minh... phn chớnh l vt liu phi t (nh Cu, Ag, Au,) v vt liu t (nh Fe, Co,) 12 Hạt sắt từ; Co, Fe, Ni, NiCo, FeCo, Nền kim loại phi từ: Cu, Au, Ag, Hỡnh1.4: S minh cu trỳc dng ht ca vt liu khi[7] Nh... tiờu Nguồn chiều ổn định DC M y đo điện p mV Nam châm điện M ẫu S N Hỡnh 2.3: S mỏy o in tr mi dũ[3] Mẫu đo Dây dẫn Cu mạ Au hoặ c Ag đ- ợ c gắn vớ i cá c điện cực mạ ch in mẫu thiếc Đ ếmạ ch