Đang tải... (xem toàn văn)
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn: Nghiên cứu cấu trúc tinh thể và tính chất từ của hạt nano pherit ganet Y3-xGdxFe5O12 (x =0; 1; 1,5; 2; 2,5; 3) chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Từ đó làm rõ ảnh hưởng của sự pha tạp Gd lên cấu trúc tinh thể và tính chất từ của vật liệu cụ thể như: hằng số mạng, kích thước hạt, mômen từ, nhiệt độ Curi và nhiệt độ bù trừ.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Xn Hồng CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA CÁC MẪU HẠT NANO Y3 GdxFe5O12 x Chun ngành: Vật lý nhiệt Mã số: TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội 2015 Cơng trình được hồn thành tại viện ITIMS Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Phúc Dương GS.TS. Lưu Tuấn Tài Phản biện 1: TS. Lê Tuấn Tú Phản biện 2: TS. Trần Thị Việt Nga Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn, họp tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội Vào hồi 10 giờ 00’, ngày 29 tháng 12 năm 2015 Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Thơng tin – Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học MỞ ĐẦU Cơng nghệ nano là một trong những cơng nghệ tiên tiến bậc nhất hiện nay. Vật liệu nano đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống như y học, điện tử, may mặc, thực phẩm v.v và vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu để tìm ra những ứng dụng mới. Trong số đó vật liệu nano từ đặc biệt là các hệ hạt pherit rất thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngồi nước cả về các tính chất cơ bản cũng như các khả năng ứng dụng của vật liêu Khi đạt kích thước nanomet, các vật liệu này có những tính chất đặc biệt và ưu việt hơn so với vật liệu khối Vật liệu Ytri ganet sắt chỉ có hai phân mạng từ do Ytri là ngun tố khơng có từ tính. Cho nên tính chất từ được quyết định bởi tương tác giữa các ion Fe trong hai phân mạng a và d. Trong khi đó đối với vật liệu ganet sắt với các ngun tố đất hiếm khác thì phân mạng đất hiếm có từ tính và do vậy xuất hiện thêm tương tác từ của mơmen từ trong các phân mạng c. Để làm sáng tỏ cơ chế đóng góp vào từ độ và các tham số từ khác của các ganet chứa đất hiếm, luận văn này được chọn đề tài “ Cấu trúc và tính chất từ của mẫu hạt nano Y 3 GdxFe5O12” x Đối tượng nghiên cứu của luận văn: Các mẫu hạt nano pherit ganet Y3 GdxFe5O12 (x =0; 1; 1,5; 2; 2,5; 3) được tổng hợp bằng phương pháp solgel x Mục tiêu nghiên cứu của luận văn: Nghiên cứu cấu trúc tinh thể và tính chất từ của hạt nano pherit ganet Y 3xGdxFe5O12 (x =0; 1; 1,5; 2; 2,5; 3) chế tạo bằng phương pháp solgel. Từ đó làm rõ ảnh hưởng của sự pha tạp Gd lên cấu trúc tinh thể và tính chất từ của vật liệu cụ thể như: hằng số mạng, kích thước hạt, mơmen từ, nhiệt độ Curi và nhiệt độ bù trừ. Phương pháp nghiên cứu: Luận văn được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm kết hợp với phân tích số liệu dựa trên các mơ hình lý thuyết và kết Trần Xn Hồng Luận văn thạc sĩ khoa học thực nghiệm đã cơng bố. Các mẫu nghiên cứu được chế tạo bằng phương pháp sol gel tại viện ITIMS, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Bố cục của luận văn: Luận văn được trình bày trong 3 chương, 47 trang bao gồm phần mở đầu, 3 chương nội dung, kết luận, cuối cùng là tài liệu tham khảo. Cụ thể cấu trúc của luận văn như sau: Mở đầu: Mục đích và lý do chọn đề tài Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit ganet. Chương này trình bày tổng quan về cấu trúc và tính chất từ của pherit ganet dạng khối, các tính chất đặc trưng của vật liệu ở kích thước nanomet và một số ứng dụng điển hình của hạt nano pherit ganet. Chương 2: Thực nghiệm. Chương này giới thiệu về phương pháp solgel chế tạo vật liệu có kích thước nanomet và các phương pháp thực nghiệm sử dụng để nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của các mẫu hạt nano chế tạo được. Chương 3: Kết quả và thảo luận Kết luận: Các kết luận chính rút ra từ kết quả nghiên cứu của luận văn Trần Xn Hồng Luận văn thạc sĩ khoa học CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PHERIT GANET 1.1. Cấu trúc tinh thể và tính chất từ của vật liệu pherit ganet dạng khối 1.1.1.Cấu trúc tinh thể Pherit ganet có cấu trúc lập phương tâm khối, thuộc nhóm khơng gian Oh10 – Ia3d [78]. Một ơ đơn vị của pherit ganet chứa 8 đơn vị cơng thức {R3}[Fe2] (Fe3)O12, trong đó R là Y và các ngun tố đất hiếm như Sm, Eu, Gd, Ho, Dy, Tb, Er, Tm, Yb, Lu. Các ion kim loại phân bố trong 3 vị trí tinh thể học tạo bởi các ion oxy: ion đất hiếm chiếm vị trí lỗ trống 12 mặt (vị trí 24c), các ion Fe3+ phân bố trong hai vị trí lỗ trống 8 mặt (vị trí 16a) và 4 mặt (vị trí 24d). Các lỗ trống này tạo thành 3 phân mạng tương ứng của các ion kim loại: phân mạng đất hiếm {c}, 2 phân mạng sắt [a] và (d). Hình 1.1 miêu tả vị trí các ion và hình ảnh mơ phỏng các phân mạng trong cấu trúc của pherit ganet (a) (b) Hình 1.1: (a) Vị trí các ion và hình ảnh mơ phỏng các phân mạng trong cấu trúc của pherit ganet (b) [15] 1.1.2. Tính chất từ 1.1.2.1. Mơ men từ và nhiệt độ Curie Mơmen từ của pherit ganet phụ thuộc vào mơmen từ của các ion Fe3+ trong phân mạng a, d và ion kim loại đất hiếm R3+ trong phân mạng c. Theo mơ hình lý thuyết Néel, mơmen từ của các ion Fe3+ trong cùng một phân mạng là song song Trần Xn Hồng Luận văn thạc sĩ khoa học với nhau, mơmen từ của phân mạng a và phân mạng d là đối song. Tương tác giữa các ion đất hiếm trong cùng phân mạng rất yếu nên có thể coi phân mạng đất hiếm như một hệ các ion thuận từ trong từ trường tạo bởi các phân mạng sắt. Mơmen từ của phân mạng c định hướng ngược với vectơ tổng của mơmen từ của hai phân mạng a và d. Hình 1.2 dưới đây mơ tả trật tự từ trong các phân mạng của pherit ganet: {R33+} [Fe3+] (Fe3+) c a d (c) (d – a) Hình 1.2: Mơ hình trật tự từ trong các phân mạng của pherit ganet Mơmen từ trong một phân tử ganet phụ thuộc nhiệt độ và được tính theo cơng thức: (1.1) M (T)= 3MR(T) – [3MFe(T) – 2MFe(T)] 3+ Đặc biệt đối với YIG, do Y khơng có từ tính nên mơmen từ của YIG do các ion Fe ở hai phân mạng d và a quyết định, hay MYIG(T) = MFed(T) MFea(T). Trần Xn Hồng Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1.3: Sự phụ thuộc nhiệt độ của giá trị mơmen từ tự phát của các phân mạng và mơmen từ tổng của YIG [78] Hình 1.4. Sự phụ thuộc nhiệt độ của mơmen từ của các pherit ganet R3Fe5O12 Có thể nhận thấy, ở nhiệt độ thấp giá trị Ms của các pherit ganet đất hiếm lớn hơn nhiều so với YIG, là do đóng góp của mơmen từ phân mạng c nhưng ở nhiệt độ phịng, giá trị Ms của pherit ganet đất hiếm giảm rất nhanh cùng với sự giảm của mơmen từ phân mạng c. Để minh họa, hình 1.5 biểu diễn sự phụ thuộc nhiệt độ của mơmen từ tự phát của cả ba phân mạng d, a và c của Gd3Fe5O12. Giá trị mômen từ tự phát Ms của một số pherit ganet 4 K và 300 K được liệt kê trong bảng 1.3 1.1.2.2. Nhiệt độ bù trừ Tcomp Trần Xn Hồng Luận văn thạc sĩ khoa học Ở vùng nhiệt độ thấp gần 0K, mơmen từ của phân mạng đất hiếm Mc(0) lớn hơn hiệu mơmen từ của hai phân mạng sắt (Md(0) – Ma(0)). Tuy nhiên, sự giảm của mômen từ phân mạng c theo nhiệt độ nhanh hơn so với các phân mạng a và d do vậy tại một nhiệt độ xác định Tcomp, (0