Tăng cường hiệu ứng từ điện vùng từ trường thấp vật liệu Multiferroics Metglas/PZT dạng lớp cấu trúc micrơ-nanơ Nguyễn Xn Tồn Trường Đại học Cơng nghệ Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật liệu linh kiện nano; Mã số: Người hướng dẫn: TS Đỗ Thị Hương Giang Năm bảo vệ: 2010 Abstract: Chế tạo mẫu vật liệu multiferroics dạng lớp sử dụng băng từ siêu mềm áp điện phương pháp kết dính Nghiên cứu q trình từ hóa phụ thuộc vào hình dạng kích thước băng từ có kích thước khác nhau, tính tốn hệ số trường khử từ phụ thuộc vào tỉ số kích thước dài rộng băng Nghiên cứu tính chất từ giảo tĩnh động từ trường chiều xoay chiều băng từ Metglas pha Ni với hình dạng kích thước khác Nghiên cứu hiệu ứng từ-điện vật liệu tổ hợp cấu hình kích thước khác Tăng cường hiệu ứng từ-điện nhờ khai thác dị hướng hình dạng băng từ từ tối ưu cấu hình cho nghiên cứu triển khai ứng dụng Keywords: Vật liệu Nanô; Hiệu ứng từ điện; Linh kiện Nanô Content: MỞ ĐẦU Khoa học ngày phát triển đòi hỏi người khơng ngừng khai thác tìm kiếm tính chất, hiệu ứng mới, công nghệ vật liệu để thay Gần nghiên cứu công bố hiệu ứng hiệu ứng từ - điện với tổ hợp đồng thời hai pha sắt từ sắt điện vật liệu thu hút nhiều nhà khoa học nước khả ứng dụng rộng rãi sống Từ - điện hiệu ứng vật liệu bị phân cực điện (PE) tác dụng từ trường (H) hay ngược lại, vật liệu bị từ hóa tác dụng điện trường Nhờ khả chuyển hóa qua lại lượng điện từ nên hiệu ứng có khả ứng dụng nhiều lĩnh vực sensơ, máy phát điện,… Hiệu ứng thường quan sát thấy vật liệu multiferroic có tồn đồng thời hai pha sắt từ sắt điện Các nghiên cứu năm gần hiệu ứng từ - điện cao tìm vật liệu multiferroics tổ hợp pha từ giảo áp điện Do có liên kết chặt hai pha này, chịu tác dụng từ trường, pha từ giảo bị biến dạng cưỡng ứng suất học pha từ giảo sinh truyền cho pha áp điện làm xuất phân cực điện cảm ứng pha Hệ số từ-điện lớn vật liệu tổ hợp dạng khối với hệ số từ-điện (αE = dE/dH) = 10300 mV/cmOe cơng bố nhóm nghiên cứu Ryu đồng nghiệp vật liệu multiferroics sử dụng vật liệu áp điện (Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3) (PZT) từ giảo Terfenol-D dạng khối phương pháp kết dính Tuy nhiên, nay, khả ứng dụng hệ vật liệu hạn chế đòi hỏi từ trường lớn (~ 500 Oe) đặt vào Các nghiên cứu đặc biệt lĩnh vực ứng dụng cảm biến chủ yếu tập trung vào tìm vật liệu có hiệu ứng từ-điện lớn đồng thời nhạy với thay đổi nhỏ từ trường ngồi Có nhiều phương pháp khác để chế tạo vật liệu multiferroics tape casting, PLD, phún xạ, … kết nghiên cứu phương pháp kết dính phương pháp đơn giản cho hiệu ứng lớn Gần đây, nhóm nghiên cứu S.X Dong đồng nghiệp thành công việc chế tạo vật liệu dạng sử dụng băng từ Metglas dy 25 àm vi kớch thc 0.35ì100 mm kt dớnh hai mặt áp điện Với cấu hình này, hiệu ứng từđiện đạt kỷ lục lên tới αE 22000 mV/cmOe từ trường nhỏ H ~ Oe [1] Tuy nhiên việc ứng dụng đặc biệt linh kiện sensor vật liệu bị giới hạn kích thước dài Cũng với phương pháp trên, nhóm nghiên cứu trường Đại học Cơng Nghệ đạt số kết nghiên cứu triển khai ứng dụng thành công vật liệu tổ hợp sử dụng băng từ siêu mềm (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1/PZT phương pháp kết dính [2] Tiếp tục hướng nghiên cứu nhóm luận văn này, chúng tơi tiếp tục nghiên vật liệu multiferroics dạng sử dụng áp điện PZT băng từ mềm ưu điểm chúng dễ chế tạo, giá thành rẻ đặc biệt thích hợp với nghiên cứu hiệu ứng từ-điện tính chất từ siêu mềm Trong luận văn này, sử dụng băng từ Metglas có pha Ni với thành phần Fe76.8Ni1.2B13.2Si8.8 (Ni-based Metglas) Chúng tơi trơng đợi với có mặt Ni hàm lượng nhỏ 1,2% không ảnh hưởng đến hệ số từ giảo bù lại tăng cường tính chất từ mềm vùng từ trường thấp so sánh với kết công bố gần băng từ Metglas không pha Ni Với hướng nghiên cứu này, tiến hành làm công việc cụ thể sau: - Chế tạo mẫu vật liệu multiferroics dạng lớp sử dụng băng từ siêu mềm Fe76.8Ni1.2B13.2Si8.8 áp điện phương pháp kết dính - Nghiên cứu q trình từ hóa phụ thuộc vào hình dạng kích thước băng từ có kích thước khác Tính toán hệ số trường khử từ phụ thuộc vào tỉ số kích thước dài/rộng băng - Nghiên cứu tính chất từ giảo tĩnh động từ trường chiều xoay băng từ Metglas pha Ni với hình dạng kích thước khác chiều - Nghiên cứu hiệu ứng từ-điện vật liệu tổ hợp Fe76.8Ni1.2B13.2Si8.8/PZT cấu hình kích thước khác Tăng cường hiệu ứng từ-điện nhờ khai thác dị hướng hình dạng băng từ từ tối ưu cấu hình cho nghiên cứu triển khai ứng dụng Tài liệu tham khảo Shuxiang Dong, Junyi Zhai, Jiefang Li, and D Viehland, Appl Phys Lett 89 (2006) 252904 D.T Huong Giang and N.H Duc, Sensor and Actuator, A149 (2009) 229 http://www3.imperial.ac.uk/spat/research/areas/space_magnetometer_laboratory/spaceinstru mentationresearch/magnetometers/fluxgatemagnetometers FCB Fluxgate magnetic sensors, Tyndall National Instute (www.tyndall.ie) Ripka, Pavel (ed), Magnetic sensors and Magnetometers, Boston-London: Artech, 2001 http://www.harting-mitronics.ch/en/produkte/anwendungen/sensorik/ Tamara Bratland, Michael J Caruso, Carl H Smith, A New Perspective on Magnetic Field Sensing, Sensors (1998) Junyi Zhai, Shuxiang Dong, Zengping Xing, Jiefang Li, and D Viehland, Geomagnetic sensor based on giant magnetoelectric effect, Applied Physics Letters (2007)123513 J.P Joule, Philosophical Magazine, 30 (1847) 76 Hoàng Mạnh Hà Chế tạo, Nghiên cứu ứng dụng vật liệu tổ hợp từ giảo - áp điện dạng có cấu trúc nanơ, Luận văn thạc sĩ, Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN, 2007 D Landau and E Lifshitz., (1960), Electrodynamics of Continuous Media, Perganon Press, Oxford, p.119 G Srinivasan et al., Phys Rev B 64 (2001) 21440 N Nersessian et al, IEEE Trans Magn 40 (2004) 2646 Shuxiang Dong, Junyi Zhai, Jiefang Li, and D Viehland, Appl Phys Lett 89 (2006) 252904 APC International Ltd datasheet: http://americanpiezo.com/piezo_theory/ Fred Hochgraf (October 1, 1998), Materials Handbook, Ninth Edition, Vol 10 Nguyễn Hữu Đức (2008), Vật liệu từ tính cấu trúc nanơ điện tử học spin, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, tr 20-22 C.-M Chang and G P Carman, Phys Rev B 76,134116 (2007).William C Elmore and Mark A Heald., Physics of Waves New York: Dover Publications, 1985 William C Elmore and Mark A Heald., Physics of Waves New York: Dover Publications, 1985 ... cực điện cảm ứng pha Hệ số từ- điện lớn vật liệu tổ hợp dạng khối với hệ số từ- điện (αE = dE/dH) = 10300 mV/cmOe cơng bố nhóm nghiên cứu Ryu đồng nghiệp vật liệu multiferroics sử dụng vật liệu. .. tính chất từ giảo tĩnh động từ trường chiều xoay băng từ Metglas pha Ni với hình dạng kích thước khác chiều - Nghiên cứu hiệu ứng từ- điện vật liệu tổ hợp Fe76.8Ni1.2B13.2Si8.8 /PZT cấu hình kích... tục nghiên vật liệu multiferroics dạng sử dụng áp điện PZT băng từ mềm ưu điểm chúng dễ chế tạo, giá thành rẻ đặc biệt thích hợp với nghiên cứu hiệu ứng từ- điện tính chất từ siêu mềm Trong luận