Nghiên cứu tính chất từ, từ trở của các mảng mỏng dạng băng fecu PHA co

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI TRƯỜN G ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN TÊN ĐÈ TÀI: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ, TỪ TRỞ CỦA CÁC MẢNG MỎNG DẠNG BẢNG FeCu PHA Co M Ả SÓ: Q T - 04 - 07 C H Ủ TRÌ Đ È TÀI: TS H O À N G N G Ọ C T H À N H ĐAI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÁM THÕNG TIN THU VIẸN D HÀ NỘI - 2005 ĩ / / / / ỗ Đ Ạ I H Ọ C Q Ư Ó C G IA H À N Ộ I T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K H O A H Ọ C T ự N H IÊ N T Ê N Đ È TÀI: N G H IÊ N C Ứ U T ÍN H C H Ấ T TỪ , T Ừ T R Ở CỦA CÁC M Ả N G M Ỏ NG D Ạ NG BĂ N G FeCu PHA Co M Ã SÓ: Q T - 04 - 07 C H Ủ TRÌ Đ È TÀI: TS H O À N G N G Ọ C T H À N H C Á C CÁ N BỌ TH A M GỈA: HVCH: Vù Nguyên Thức GS TS Nguyễn Hữu Đức HÀ NỘI - 2005 Q T 04 - 07 BÁO CÁO T Ó M T Ắ T N ghiên cứu tính chất từ, từ trơ cua màna mong dạne băng FeCu pha Co M ã số: Q T - 04 - 07 Chủ trì đề tài: T S H o àn g N gọc T h n h Các cán tham gia: HVCH: ỉ Tí Nguyên Thức GS TS Xsuyễn Hữu Đức M u c tiêu nôi dung 1.1 - M ụ c tiêu C hè tạo m n s m ona d ạn e b ãn s F e-C u-C o b ăn e cô n a nehệ nauội nhanh - Kháo sát tính chất vật lý cua mầu u nhiệt đẻ tìm nhiệt độ u tối ưu - 1.2 N ghiên cứu tính chât từ từ trơ cua mẫu Nội dung - Tạo m n e CuFe pha Co với n ô n g độ Co khác - K hao sát phụ thuộc cua tính chảt vật K cua m âu theo nhiệt độ u - K háo sát tính ch ất từ từ trơ cua m ẫu T rên sơ đề xuất mơ hình lý th u y ết đơn eian cho trư n s hợp m ầu pha Co K ế t c h ín h - 01 báo cáo khoa học đãn Hội nghị V ật K Chải răn toàn quôc - 01 Báo cáo khoa học Hội n eh ị Việt - N hặt - 01 báo cáo khoa học dãna H ội nshị V iệĩ - Đức Tình hình kinh phí đề tài - Kinh phí cảp: - K inh phi cấp đến thána 5-2005 th an h toan \o n e ■*» Chủ trì đề tài Khoa quản lý (K ý vả ghi rõ họ tên) (Ký TS Nguyễn Thế Bình TS Hồng Ngọc Thành Cơ quan chủ trì đề tài HO Hiệu ikuQnu / ' Hỉ ĩ ỵ GS.TS J C /u BRIEF REPORT OF PROJECT Investigate the magnetic properties, m agnetoresistance of FeCu doping Co ribbons The code num ber: QT - 04 - 07 The coordinator: Dr Hoang Ngoc Thanh T he participants o f th e project: Purpose and contents o f the work 1.1 Purpose - To prepare the C uFe doping Co ribbons by rapid quenching technique - Investigate the effect o f annealing process on the physics properties and find out the optim um annealing regim e - Study the m agnetic properties and m agnetoresistance o f the fabricated sam ple 1.2 Contents - To prepare the C uFe doping Co ribbons w ith different doping concentration - Investigate the dependence of physical properties on annealing tem perature and find out the optim um annealing regim e - Study the m agnetic properties and m agnetoresistance o f the fabricated sam ples B ase on the collected data propose a sim ple theoretical m odel for sam ples in the case o f doping Co Main results - 03 scientific paper Phần báo cáo M ỤC LỤC Báo cáo tóm tắ t B r ie f report o f p ro je c t M ụ c lụ c M đ ầ u N ộ i dung c h ín h Phần T n g quan tinh hình nghiên cứu m àng m ong dạng băng Phân K.V thuật thực n g h iệ m Phần K ết qua nghiên u K ết lu ậ n T i liệu tham k h a o M Ở ĐẦU H iệ u ứng từ trơ không lồ ( G M R ) thường quan sát v ật liệu co cấu trúc đa lớp gôm lớp k im loại sắt từ xen kẽ với lớp k im loại khò na từ tính ( F M / N M ) [1] N g o i m àng đa lớp vật liệu có cấu trúc dị thẻ m hạt săt từ kích thước nanỏ phân bơ nên phi từ có hiệu ứne G M R , Ban chàt cua hiệu ứng G M R khăng định tán xạ phụ thuộc spin cua điện tư dẫn Đ â y la chế tán xạ s- d Dưới tác động cua từ trườne ngồi mơ men từ lớp tro n e hạt sẩt từ thay đôi định hướng làm thay đôi tán xạ cua điện tư dần có spin khác T ro n g năm gần nhiều cơng trình khoa học cơng bố hiệu ứng G M R hệ hạt chê tạo bãng phương pháp nguội nhanh với xứ lý nhiệt thích hợp tạo nên cấu trúc với hạt sẳt từ kích thước nanơ khơng sắt từ Sự phản bố kích thước cua hạt sắt từ nông độ nguyên tô 3d cũna nghiên cứu [2 ].ơ nhiệt độ phòng, hệ C u - C o với nông độ Co không lớn cho ty sô từ trơ cỡ - % Ị4 ].V a i trò cua Fe hệ C u C o liên quan tới hiệu ứng G M R cùne quan tâm nhiều [5] Đ ê tìm hiêu vai trò cua Fe chúne tơi tiến hành khao sát hệ hợp kim C u -F e -C o vớ i hàm lượne Fe thay đôi từ - 10 % nguyên từ H ệ hợp k im C u -F e -C o nghiên cứu ca lý th u yết lẫn thực nghiệm NỘI DUNG CHÍNH PHẢN 1: M Ỏ H ÌN H LÝ THUY ẾT XÁC ĐINH G M R M hình lý thuyết đê tính tốn tý số G M R x ây dựng dựa trẽn sơ mơ hinh hai dòng cua M o tt Th eo mơ hình điện tư dẫn vật liệu tạo thành hai kênh dần riêng biệt K ên h thứ tạo thành chuvên động cua điện tư có spin thuận (cùng chiêu với từ độ tự phát)., kênh thứ hai tạo thành chuyên động cua điện tư có spin nghịch (ngược chiêu với từ độ tự phát) D ựa chế tán xạ s - d điện tư 4s cua k im loại phi từ với trạng thái 3d cua hạt săt từ chi có trạng thái 3d trơng ản lân cận mức Fécm i tham gia vào trình tán xạ chi có điện tư 4s tham eia vào trình dẫn điện K h i điện trơ suất ty lệ với mật độ trạng thái mức Fécm i p - N(Ef) N h điện trơ suất cua hai kênh thuận nghịch tương ứng p t P ị biêu diễn dạng sau: p~ - N-iE/.) P ị - N ị ( E F) K h i khơng có từ trường ngồi m ô men từ cua hạt vật liệu trạna thái khơng cộng tun, có thê xem trạng thái tươne dương với trạng thái phan săt từ m àng m ong đa lớ p.K h i điện trơ st cua vật liệu tính theo cơng p.V+ p thức sau: Pxc = ^ • K h i có từ trườna naồi m m en từ cua hạt vật liệ u trạng thái săt í , _ 2A P từ cộne tuyên điện trơ suảt dược tính theo công thức: P( p*+p, ' pỊ-p„' Ị n ( E, ) - n j e , )] vP'+P J XAE, )+ N J E i )j GMR > T ý số G M R xác định sau: ó (1) K h i khơne có tách vùng nàng lượna N t ( E f ) - N „ ( E ị.) G M R = K h i x a y tách mức cua vùng nãne lượna tức có m ặt cua spin thuận nghịch tạ i mức Féc m i biẻu diễn theo công thức sau: NJE, )= (2) Trff 10 (3) ■ - (£ / - A£) : + V £ , - A E 7ĩW" Tôn g so điện tư m ỗ i kênh là: m ——~T f : -¡w- -ErdE + f yjE-WdE nW - ^ (4 ) J-H- 10 (5 ) "ị = ¿/ây vùng n ă n g lư ợ ng d chọn là: A! , ( E ) = — — y j w - f ( w độ rộng vùng lượng) 7T^ vùng lượng cua điện tử dần 4s cua k im loại 3d trạng thái 4s chọn NS(E)*JẼ là: K h i mật độ trạng thái tông cộng cua k im loại 3d là: N{E) = 10 -Viv ' - - e '-+ JẼ 7tW T ích phàn hai phương trình (4 ) (5 ) ta thu số điện tư tống cộng cua hai kênh là: 25n + E , ^25 - E , : + n - nr +11, ——— arcsin +T phươne trình (6 ) -A EỶ(E, E) ■A 5n arcsin E, - AE E , y : +{E, + A£)-5 : ] - ^ A £ n (6) nhận thấy tông số điện tư dần n hàm cua mức lượng Fecm i ( E f ) V i k im loại cho trước, tông số điện tư (3 d d ) xác định V i giá trị n A E cho trước, theo phương trinh (6 ) ta tính lượng Ef theo côna thức (2 ) v (3 ) xác định m ật độ trạne thái N A( E F).N ^ (E f:) Th ay giá trị vào phươna trìn h (1 ) ta thu ty sô G M R PHẢN II: KỸ THU Ả T THƯC N G H IÊM C ác băng từ C u 90F e i0_xC o v ( X = 10) chế tạo băne phươne pháp nguội nhanh C ác m ẫu làm bề m ặt u nhiệt chân khôns cao nhiệt độ 0 00 5 ° c thời gian N g h iê n cứu tín h chât cua hệ băng từ qua phép đo như: phản tích nhiều xạ tia X Đ o từ trơ phương pháp đo m ũi dò nhiệt độ phòng T y số G M R tính theo cơng thức: AR R( H) ~ R{0) R{ o f R{ 0) V i R (H ) điện trơ cua m ẫu từ trường R (0 ) điện trơ m ẫu H = 10 P ro c e e d in g s f the S even th I ietn u m ese-G erm an S em in ar on P h ysics a n d E ngineering, H a lo n g C ity, from M arch to A p ril 200-1 M a gn etization process in granular Cu) = T T ^V ir: ~(E< ĩ\\' T ổ n g số đ iện lử m ỗ i kcnh là: +VẼ7 (2) (3) 10 t r J w : - E 1d E + f ' J E - W d E ô ợ = 7lW- J-IV J-ỉi „ = J L t (4 ) J w 2- { E - A E f d E + ï y E - W - A E d E 7ỵW (5 ) ■Líl' Tính hai tích phân ta thu số điện tử tổ n s cộng hai kênh: [ e , ^ - E , + ^ - ( E , ~ A E ) 2( E , - AE) 257T + n, = —2< i / arcsin ' ẽ j l ' + arcsin L5 J V N y n + — *1 i 3/2 E,,l n +(E „ + A £ r ] - | A E (6) N hư v ậ y , tổng số đ iệ n tử n m ộ t hàm mức nãng lượng F e rm i ( E F) ngưọ lại Đ ố i với k im lo i, số đ iện tử tổng cộng ( J 4s) xác định (F e c n = 7,2; Co có n = ,4 ; N i có n = ,4 ) V i giá trị n A E cho trước, dựa vào biểu thú (6 ) ta tính E F tiếp m ật độ trạng thái N ì ( E F) N ị(E p ) xác địn theo biểu thức (2 ) (3 ) C u ố i thay giá trị tính tốn m ật độ trạng thí \ * ,1 / / 1\ * , «' /-1% JT vào công thức ( ) ta thu tỉ số G M R ứng với giá trị n n ày, H ìn h trìn h bày kết tính tốn tỉ số G M R theo mức độ lấp đầy vùns cho A E = 1, e V N h ận thấy kh i tăng số đ iện tử 3d từ n = , G M R có xu hướng tăng lê n , đạt m ột cực đại sau g iả m m n h k h i vùng gần lấp đầy hoàn toàn T ro n g hệ m ẫu C u 90F e ,0_ ^Co,, số đ iện tử tổ n s c ộ n s hạt sắt từ thay đổi từ đến C ác g iá trị thực nehiệm thu cũ n s biểu diễn hình C ó th ể nhận xét kết thực n sh iệm thu phù hợp tốt với đườna cong lý th u y ế t ứng với độ tách vùng e V chế 9.5 T ổn g số điện tử n Hình Sự phụ thuộc ( lia tỉ SỎ GMR vào tổng sô điện tử II ứ/HỊ với cức í/ộ IV K Ẻ T L U Ậ N Đã 8.5 tạo hệ vật liệ u rách vìtiiiỊ khúc Iiliciu Cu90F e ]0.xC o x với X = 2, , 8, 10 có cấu trúc nanơ dị thể c ó tỉ số từ điện trở G M R g iả m k hàm lượng F e tăn g H iệ u ứng G M R phụ thuộc vào yếu tô' khác như: m ật trạng thái cấu trúc v ù n g , cấu trúc lớp interfaces, T ro n g n ày, m ột m hình thuyết x â y dựng ch ỉ dựa vào cấu trúc vùns lượng đơn g iả n Các k ế t q thay đổi tỉ số G M R chủ yếu giả th iế t thay đổi mức độ lấp đ ầy VÙI Các kết q u ả tín h tốn số vớ i độ tách vùng AE = e V phù hợp tốt với kết th nơhiệm thu Lòi cảm on: Cúc tính chát tử yù từ trở cíiư cúc rtiím dược cío tụi Trung tủm Klioơ học \ ỘI I (Đại học Khoa học Tư Iiliiẽn - ĐHQG Hà Nội) vờ Trung túm ỊTIMS (Đại liọc Bách khoa Nội) Cơng trình đ ã liỗ trợ phẩn tài chinh từ Chương trình Nghiên cửu Khoa học Ci nghệ cấp lììià nước KC02 TÀI LIỆU THAM KHẢO I A Bathélémy, A Fert and F Petroff, Handbook o f M agnetic M aterials, K H J Buschow I ed North-HoJland, Am sterdam , vol 12 (1 999), chapter 3, p R.1L Yu, x x Zhang, J Tejada, M Knobel, P.Tiberto and p A llia M ag n etic properties and eiant magnetoresistance in melt-spun Co-Cu alloys, J A p p l Phys 78 ( 19 ) 392 E.F Ferrari, F c s da S ilva and M Knobel, Influence o f the distribution o f m agnetic moments on the magnetization and magnetoresistance in granular alloy s, Phys Rev B N.M Nghi, N.D Nhan, c v Thang, N x Phuc, N.M H ong, N H D ue, N A Tuan B x (1997)6086 Cliien and L M Hoa, G M R effect o f rapidly solidified C o -C u alloys Proceedings o f the Fifth Vietnamese - German Seminar on Physics and Engineering H u e, 25 Ferbruary-02 March 2002 F Wang Z D Zhang, T Zhao, M G W ang D K X io n g , X M Jin D Y G eng X G Zhao \Y Liu and M H Y u , G iant magnetoresĩstance in C o -F e -C u granular ribbons, J.Phys.: Condens M atter 12 (20 00 ) 4829 N"iiyễn Hữu Đức, G iáo trình V ậ t liệu từ liên k im loại, N h xuất Đ i học Q uốc gia H Nội, 2003 N II Due D Givord, c Lacroix and c Pinettes, A new approach to Itin eran t-E lectro n Metamacnetism, Europhysics Letter, 20 (19 92 ) 47 EXPERIM ENTAL A N D T H E O R E T IC A L IN V E S T IG A T IO N O F T H E M AGNETORESISTANCE E F F E C T O N C u F eC o G R A N U L A R R IB B O N S This article reports the experimental investigation results o f the gicmi nuigneloresistance effect (GMR) on Cuỳf/Fein-\Cox m aterial system fx = 2, 4, 10) which have inhomogeneous nano structure The samples w ere p rep a red by vapidly Stilidified technic and heat treated with various regimes The m easured results shown that the Fe concentration has decreased dram atically the value o f GMR ratio The obtained results could be related 10 band-filled level A theoretical calculation model based on the s-d scattering mechanism has been p ro p o sed 10 interpret the changing rule o f the giant magnetoresislance in those alloys ... - 07 BÁO CÁO T Ó M T Ắ T N ghiên cứu tính chất từ, từ trơ cua màna mong dạne băng FeCu pha Co M ã số: Q T - 04 - 07 Chủ trì đề tài: T S H o àn g N gọc T h n h Các cán tham gia: HVCH: ỉ Tí Nguyên... sát tính chất vật lý cua mầu u nhiệt đẻ tìm nhiệt độ u tối ưu - 1.2 N ghiên cứu tính chât từ từ trơ cua mẫu Nội dung - Tạo m n e CuFe pha Co với n ô n g độ Co khác - K hao sát phụ thuộc cua tính. .. hạt sẳt từ kích thước nanơ khơng sắt từ Sự phản bố kích thước cua hạt sắt từ nông độ nguyên tô 3d cũna nghiên cứu [2 ].ơ nhiệt độ phòng, hệ C u - C o với nông độ Co không lớn cho ty sô từ trơ