Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Cấu trúc và tính chất từ của các mẫu hạt nano Y3-xGdxFe5O12

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