Luận văn thạc sĩ Vật lý nhiệt, Vật liệu từ, Tính chất từ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU R2In (R = Ho, Tb) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU R2In (R = Ho, Tb) Chuyên ngành: Vật lý Nhiệt Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐỖ THỊ KIM ANH Hà Nội – Năm 2014 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Đỗ Thị Kim Anh, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn hồn thành luận văn Cơ tận tình bảo, hƣớng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện cho suốt thời gian học tập nhƣ q trình làm luận văn Tơi xin cảm ơn thầy cô Khoa Vật lý – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, đặc biệt môn Vật lý Nhiệt độ thấp Ở nơi đây, đƣợc truyền đạt kiến thức vô quý báu, tạo tiền đề cho làm luận văn Và lời cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè ln ủng hộ, động viên suốt thời gian vừa qua Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh MỤC LỤC Trang DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Cấu trúc tinh thể hợp chất R2In 1.2 Tính chất từ hợp chất R2In 1.3 Cấu trúc từ hợp chất R2In Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Vật liệu từ 2.2 Hiệu ứng trƣờng tinh thể [1] 10 2.3 Hiệu ứng từ nhiệt [5] 15 Chƣơng 3: CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 19 3.1 Chuẩn bị mẫu 19 3.2 Các phép đo 22 3.2.1 Phép đo nhiễu xạ bột tia X 22 3.2.2 Phép đo nhiễu xạ bột nơtron 23 3.2.3 Phép đo từ độ [4] 24 3.2.4 Phép đo nhiệt dung 27 Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 4.1 Tính chất từ hệ mẫu R2In (R = Ho, Tb) 28 4.2 Nhiệt dung hệ mẫu R2In (R = Ho, Tb) 33 4.3 Cấu trúc tinh thể hệ mẫu R2In (R = Ho, Tb) 35 4.3.1 Cấu trúc tinh thể hợp chất Ho2In 36 4.3.2 Cấu trúc tinh thể hợp chất Tb2In 37 4.4 Cấu trúc từ hệ hợp chất R2In (R = Ho, Tb) 38 4.4.1 Cấu trúc từ hợp chất Ho2In 38 4.4.2 Nhiễu xạ nơtron hợp chất Tb2In 41 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Trang Bảng 1: Một số thông số nhiệt độ chuyển pha Curie hiệu ứng từ nhiệt hợp chất R2In (với R = Dy, Er, Tb Ho) Bảng 2: Một số thơng số từ tính hợp chất Ho2In 30 Hình 1.1: Ơ sở hợp chất R2In Hình 2.1: a) Sự xếp mômen từ nguyên tử vật liệu thuận từ b) Đường cong từ hóa vật liệu thuận từ c) Sự phụ thuộc vào nhiệt độ nghịch đảo độ cảm từ 1/ vật liệu thuận từ Hình 2.2: a) Sự xếp mômen từ vật liệu phản sắt từ T < TN khơng có từ trường ngồi b) Sự phụ thuộc nhiệt độ nghịch đảo độ cảm từ 1/ vật liệu phản sắt từ Hình 2.3: a) Sự xếp mômen từ vật liệu sắt từ T < TC b) Sự phụ thuộc nhiệt độ từ độ bão hòa MS nghịch đảo độ cảm từ 1/ vật liệu sắt từ Hình 2.4: Mô tả chế hiệu ứng từ nhiệt 16 Hình 2.5: Cách xác định ∆Tad ∆Smag từ đồ thị biến thiên entropy theo nhiệt độ điều kiện từ trường H=0 H 18 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý Hệ nấu mẫu phương pháp nóng chảy hồ quang Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp 19 Hình 3.2: Minh họa vùng hồ quang 20 Hình 3.3: Sơ đồ mơ tả ngun lý hoạt động phương pháp nhiễu xạ tia X 23 Hình 3.4: Mặt cắt buồng mẫu đo nhiễu xạ nơtron 24 Hình 3.5: Sơ đồ hệ đo từ độ 25 Hình 3.6: Hình dạng xung tín hiệu 26 Hình 4.1: Sự phụ thuộc nhiệt độ từ độ nghịch đảo độ cảm từ hợp chất Ho2In từ trường H = 1,0 kOe 28 Hình 4.2: Sự phụ thuộc nhiệt độ từ độ nghịch đảo độ cảm từ hợp chất Ho2In từ trường H = 0,1 kOe 29 Hình 4.3: Các đường cong từ hóa đẳng nhiệt mẫu Ho2In 31 Hình 4.4: Sự phụ thuộc từ độ bão hòa vào nhiệt độ mẫu Ho2In 31 Hình 4.5: Sự phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ hợp chất Tb2In từ trường H = 0,1 kOe [18] 33 Hình 4.6: Sự phụ thuộc nhiệt dung vào nhiệt độ hợp chất Ho2In 34 Hình 4.7: Sự phụ thuộc nhiệt dung vào nhiệt độ hợp chất Tb2In 35 Hình 4.8: Nhiễu xạ bột tia X hợp chất Ho2In 36 Hình 4.9: Nhiễu xạ tia X hợp chất Tb2In [18] 37 Hình 4.10: Nhiễu xạ nơtron hợp chất Ho2In trạng thái thuận từ 170 K 38 Hình 4.11: Nhiễu xạ nơtron hợp chất Ho2In nhiệt độ K Error! Bookmark not defined Hình 4.12: Nhiễu xạ nơtron hợp chất Ho2In thu 45 K 40 Hình 4.13: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ thể tích sở 42 Hình 4.14: Hình ảnh phổ nhiễu xạ nơtron hợp chất Tb2In 250 K (a) 80 K (b) 42 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh MỞ ĐẦU Trong thập kỷ gần đây, có bùng nổ nghiên cứu liên quan đến vật liệu làm lạnh từ, mà chủ yếu phát hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ (MCE) hợp chất Gd5Ge2Si2 vào năm 1997 Từ đó, hiệu ứng MCE đƣợc nghiên cứu cho số kim loại vô ôxit khác, bao gồm liên kim loại-đất hiếm, hợp kim kim loại chuyển tiếp, ôxit mangan perovskite, hợp kim sắt từ (FM) có hiệu ứng nhớ hình v.v Khi nghiên cứu tính chất từ hợp chất R2In cho thấy chúng vật liệu thích hợp cho ứng dụng làm lạnh từ dựa vào hiệu ứng từ nhiệt (MCE) Để làm lạnh từ điều quan trọng vật liệu từ tồn biến thiên entropy từ lớn ( ) Một thông số quan trọng công suất làm lạnh tƣơng đối (RCP) Hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ (giant MCE) liên quan chặt chẽ với chuyển pha từ loại (FOMT), điều đƣợc quan sát thấy hệ vật liệu khác Quá trình chuyển pha loại thƣờng tạo nhiệt, từ tính bất thuận nghịch đáng kể tiêu thụ công suất làm lạnh tƣơng đối (RCP) vật liệu từ lạnh hạn chế ứng dụng thực tế chúng Nhƣ vậy, cần tìm kiếm vật liệu làm lạnh từ với MCE nghịch đảo lớn dựa trình chuyển pha từ loại hai (SOMT) Hơn nữa, ứng dụng thiết bị làm lạnh từ, cần thu đƣợc MCE lớn dải nhiệt độ rộng, tức nửa độ rộng cực đại ( TFWHM) đƣờng cong T) Vì vậy, điều quan trọng nghiên cứu vật liệu SOMT với biến thiên entropy từ lớn đồng thời giá trị công suất làm lạnh (RC) nửa độ rộng cực đại ( TFWHM) lớn Tuy nhiên, tính chất từ hợp chất R2In chƣa đƣợc nghiên cứu cách chi tiết vùng nhiệt độ thấp Do đó, luận văn chúng tơi đề cập đến số tính chất vật lý nhƣ cấu trúc từ hợp chất R2In Nội dung luận văn bao gồm phần sau: Ngành Vật lýNhiệt Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Mở đầu Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Chƣơng 3: Các phƣơng pháp thực nghiệm Chƣơng 4: Kết thảo luận Kết luận Ngành Vật lýNhiệt Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Cấu trúc tinh thể hợp chất R2In Các hợp chất R2In, R kim loại đất hiếm, đƣợc kết tinh cấu trúc lục giác loại Ni2In thuộc khơng gian nhóm P63/mmc [11] Trong sở có hai đơn vị cơng thức, nguyên tử đất nằm hai vị trí khác nhau: vị trí 2a vị trí 2d (Hình 1.1), vị trí 2a (trên cạnh sở) nguyên tử đất đƣợc bao quanh nguyên tử đất lân cận gần Ở vị trí 2d (nằm sở), nguyên tử đất có nguyên tử In lân cận gần Các nguyên tử In nằm vị trí 2c (tâm lăng trụ tam giác), bao quanh ion R3+ lân cận gần Tất vị trí nguyên tử In tƣơng đƣơng mặt cấu trúc Hình 1.1: Ơ sở hợp chất R2In Ngành Vật lýNhiệt Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Từ độ M (emu/g) 450 400 T = 1,8 K 350 T = 20 K 300 T = 30 K 250 T = 40 K 200 T = 75 K 150 T = 110 K 100 T = 150 K 50 0 20 40 60 80 Từ trƣờng H (kOe) Hình 4.3: Các đường cong từ hóa đẳng nhiệt mẫu Ho2In Ở từ trƣờng H = 70 kOe, tất đƣờng cong từ hóa chƣa đạt giá trị bão hòa, độ lớn từ độ giảm dần theo nhiệt độ Giá trị µS đƣợc xác định từ đƣờng cong từ hóa đẳng nhiệt từ trƣờng H = 70 kOe đƣợc biểu diễn Hình 4.4 Ta thấy nhiệt độ tăng µS giảm Giá trị từ độ bão hòa T = 1,8 K µS = 8,41 µB nhỏ giá trị lý thuyết iôn tự Ho3+ (Bảng 2) Điều đƣợc giả thiết ảnh hƣởng trƣờng tinh thể (CEF) Ngành Vật lýNhiệt 31 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Từ độ bão hịa µS (µB) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Nhiệt độ T(K) Hình 4.4: Sự phụ thuộc từ độ bão hòa vào nhiệt độ mẫu Ho2In Đối với hợp chất Tb2In, đồ thị phụ thuộc vào nhiệt độ từ độ đƣợc đo từ trƣờng H = 0,1 kOe Q.Zhang đồng nghiệp thực [18] Hình 4.5 Khi nhiệt độ giảm xuống dƣới nhiệt độ chuyển pha TC = 165 K từ độ tăng mạnh, chứng tỏ bắt đầu có trật tự sắt từ Tiếp tục giảm nhiệt độ từ độ giảm, đến nhiệt độ TN = 45 K ta thấy có dị thƣờng, điều chứng tỏ xảy trình chuyển pha sắt từ-phản sắt từ [18] Ngành Vật lýNhiệt 32 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Hình 4.5: Sự phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ hợp chất Tb2In từ trường H = 0,1 kOe [18] Nhƣ vậy, ta nhận thấy hợp chất Tb2In có hai chuyển pha liên tiếp: chuyển pha thuận từ-sắt từ TC = 165 K, hai chuyển pha sắt từ-phản sắt từ 45 K Dƣới đây, đo nhiệt dung Tb2In phụ thuộc vào nhiệt độ để kiểm tra xem có xuất chuyển pha khơng 4.2 Nhiệt dung hệ mẫu R2In (R = Ho, Tb) Hình 4.6 biểu diễn đồ thị phụ thuộc nhiệt dung C vào nhiệt độ T mẫu Ho2In Ta quan sát thấy có hai bƣớc nhảy (2 dị thƣờng) nhiệt dung nhiệt độ tƣơng ứng 85 K 36 K Bƣớc nhảy nhiệt dung 85 K chuyển pha sắt từ-thuận từ Bƣớc nhảy 36 K chuyển pha trật tự từ Ngành Vật lýNhiệt 33 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh 110 Nhiệt dung riêng C (J/(K.mol)) 100 90 80 70 60 50 40 20 70 120 170 Nhiệt độ T (K) Hình 4.6: Sự phụ thuộc nhiệt dung vào nhiệt độ hợp chất Ho2In Ở nhiệt độ Tt dị thƣờng không rõ dị thƣờng nhiệt độ TC; bƣớc nhảy nhiệt dung riêng ΔC Tt đƣợc đánh giá khoảng J K-1 mol-1, TC 20 J K-1 mol-1 Nhìn vào Hình 4.6 ta nhận thấy chuyển pha từ hợp chất Ho2In chuyển pha loại I (có dạng λ) Hình 4.7 biểu diễn đƣờng cong nhiệt dung hợp chất Tb2In Ta thấy có bƣớc nhảy, bƣớc nhảy khoảng 160 K ứng với chuyển pha thuận từ-sắt từ, bƣớc nhảy khoảng 50 K ứng với chuyển pha sắt từ-phản sắt từ (bƣớc nhảy 50 K không rõ nhƣ 160 K) Bƣớc nhảy nhiệt dung TC = 160 K Các kết cho thấy hồn tồn phù hợp với nhóm Q.Zhang [18] Quan sát hình dạng Ngành Vật lýNhiệt 34 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh đƣờng cong nhiệt dung ta thấy chuyển pha từ hợp chất Tb2In chuyển pha loại II (dạng đối xứng) 120 Nhiệt dung riêng C (J/(K.mol)) 100 80 60 40 20 0 50 100 150 200 250 Nhiệt độ T (K) Hình 4.7: Sự phụ thuộc nhiệt dung vào nhiệt độ hợp chất Tb2In 4.3 Cấu trúc tinh thể hệ mẫu R2In (R = Ho, Tb) Phép đo nhiễu xạ bột tia X đƣợc thực thiết bị RIGARU RINT-2000 với xạ Cu- JAIST Một lƣợng nhỏ mẫu (khoảng 0,1 g) đƣợc nghiền thành bột, sau đƣợc ép lên đế mẫu Phép đo thực với góc quét (2 ) từ 100 đến 1000, bƣớc nhảy 0,010 Ngành Vật lýNhiệt 35 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Sử dụng phân tích Rietveld, chƣơng trình Rietan-2000 để xác định cấu trúc số mạng tinh thể nhiệt độ phòng 4.3.1 Cấu trúc tinh thể hợp chất Ho2In Phân tích Rietveld đƣợc thực cho mẫu nhiễu xạ bột tia X nhiệt độ phòng Chúng giả định cấu trúc lục giác Ni2In với nhóm khơng gian P63/mmc Trong cấu trúc này, ngun tử In chiếm vị trí 2c (1/3, 2/3, 1/4) (2/3, 1/3, 3/4) Các nguyên tử Ho chiếm hai vị trí khác nhau: nguyên tử Ho1 vị trí 2a (0, 0, 0) (0, 0, 1/2); nguyên tử Ho2 vị trí 2d (1/3, 2/3, 3/4 ) (2/3, 1/3, 1/4) Có hai đơn vị công thức ô sở (102) (110) 4000 (305) (304) (402) 80 90 (224) (312) (222) (114) (004) (200) (112) (002) 1000 (220) (212) (300) (202) 2000 (100) (101) (002) Intensity (cps) 3000 10 20 30 40 50 60 70 100 (deg.) 2 (độ) Hình 4.8: Nhiễu xạ bột tia X hợp chất Ho2In Ngành Vật lýNhiệt 36 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Hình 4.8 cho thấy hình ảnh nhiễu xạ bột tia X nhiệt độ phòng Hệ số độ tin cậy (Rwp) 5,54% hệ số phù hợp (S) 1,45 phù hợp Các giá trị số mạng đƣợc xác định a = 5,3216 Å, c = 6,6667 Å 4.3.2 Cấu trúc tinh thể hợp chất Tb2In Hình ảnh nhiễu xạ tia X (Hình 4.9) cho thấy mẫu Tb2In đơn pha kết tinh cấu trúc lục giác loại Ni2In với nhóm khơng gian P63/mmc [18] Trong ô sở có hai công thức hóa học với hai vị trí tinh thể khác nguyên tử Tb, nhƣng có vị trí In Hình 4.9: Nhiễu xạ tia X hợp chất Tb2In [18] Ngành Vật lýNhiệt 37 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh 4.4 Cấu trúc từ hệ hợp chất R2In (R = Ho, Tb) 4.4.1 Cấu trúc từ hợp chất Ho2In a, Trạng thái thuận từ 170 K Phổ nhiễu xạ nơtron trạng thái thuận từ (tại 170 K) mẫu Ho2In đƣợc biểu diễn Hình 4.10, cho thấy cấu trúc Ho2In cấu trúc lục giác loại Ni2In Các giá trị Rwp S thu đƣợc tƣơng ứng 3,92 % 1,6759 Các số mạng a = 5,3174 Å, c = 6,6819 Å 8000 7000 T =170 K  =1.6430 Å a =b =5.3174 Å c =6.6819 Å Rwp =3.92 % S =1.6759 Al 5000 Al 80 (400)(401) (401)(304) (105) (310) 75 Al (214) (312) (213) (204) (220) (203) (104) (212)(300) (301) (210) (211) (004) 25 (202) 20 (002) (101) 2000 (100) 3000 (200) (201) (112) 4000 (102) (110) Intensity/120 sec 6000 1000 10 15 30 35 40 45 50 55 2 (deg.) 60 65 70 85 90 95 (độ) Hình 4.10: Nhiễu xạ nơtron hợp chất Ho2In trạng thái thuận từ 170 K Ngành Vật lýNhiệt 38 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh b, Trạng thái trật tự K Từ phổ nhiễu xạ nơtron hợp chất Ho2In đƣợc đo K (Hình 4.11) cho thấy đƣợc phân bố khác đỉnh có nguồn gốc từ tính Đỉnh (002) cho thấy có đóng góp hạt nhân, phù hợp với cƣờng độ đƣợc dự kiến cho cấu trúc tinh thể đƣợc xác định nhiễu xạ bột tia X nhóm khơng gian P63/mmc Phân tích Rietveld cho ta xác định đƣợc mômen từ hai nguyên tử Ho ô sở Các mômen từ Ho đƣợc xác định µ1 = 9,0 µB µ2 = 8,8 µB tƣơng ứng vị trí Ho1 Ho2 Hƣớng mômen từ với trục c đƣợc xác định ϕ = 410 Các hệ số độ tin cậy (Rwp), hệ số phù hợp S, số mạng a, c lần lƣợt 5,36 %, 2,3876, 5,3221 Å, 6,6682 Å 8000 7000 T =2 K  =1.6430 Å a =b =5.3221 Å c =6.6682 Å 1 =9.0 B 2 =8.8 B, =45.0o Rwp =5.36 % S =2.3876 (102) (110) 80 (400)(401) (401) (304) 75 Al (214) (312) (210) (211)(004) (105)(310) 2000 (202) (200) (201) (112) (002) (100) 3000 (213) (204) (220) Al 4000 (203) (104) (212)(300) (301) 5000 (101) Intensity/120 sec 6000 Al 1000 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 85 90 95 22 (deg.) (độ) Hình 4.11: Nhiễu xạ nơtron hợp chất Ho2In nhiệt độ K Ngành Vật lýNhiệt 39 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh c, Trạng thái trật tự 45 K Nhiệt độ tăng, đóng góp từ mẫu giảm, ta dễ dàng quan sát thấy điều thơng qua đỉnh (102) phổ nhiễu xạ nơtron mẫu 45 K (Hình 4.12) Cƣờng độ đỉnh giảm rõ rệt so với trƣờng hợp K Chính mà mơmen từ đƣợc xác định có giá trị tƣơng ứng cho Ho1 Ho2 µ1 = 7,4 µB µ2 = 7,0 µB Giá trị giảm so với trƣờng hợp đo mẫu K Ta xác định đƣợc giá trị Rwp = 5,32 %, S = 2,2772, a = 5,3267 Å, c = 6,6668 Å 8000 7000 T =45 K  =1.6430 Å a =b =5.3267 Å c =6.6671 Å 1 =7.4 B 2 =7.0 B, =30.0o Rwp =5.32 % S =2.2772 Al (210) (203) 2000 (211)(004) (200) (201) (112) (002) (100) 3000 Al (202) 4000 (104) (212)(300) (301) (102) (110) 5000 (101) Intensity/120 sec 6000 1000 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2 (deg.) 60 65 70 75 80 85 90 95 (độ) Hình 4.12: Nhiễu xạ nơtron hợp chất Ho2In thu 45 K Ảnh hƣởng nhiệt độ không lên cấu trúc từ mẫu Ho2In mà cịn ảnh hƣởng lên cấu trúc tinh thể Điều hoàn toàn phù hợp với kết đo từ Ở dƣới nhiệt độ TC vừa có chuyển pha cấu trúc (từ giả bền) vừa có chuyển pha trật tự từ Sự phụ thuộc vào nhiệt độ thể tích sở mẫu Ho2In đƣợc biểu diễn Ngành Vật lýNhiệt 40 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Hình 4.13 Ta thấy, dƣới nhiệt độ T < 45 K thể tích sở giảm nhƣng lớn nhiệt độ phòng (lấy từ kết đo nhiễu xạ tia X) tăng đạt giá trị cực đại T = 45 K Khi nhiệt độ tăng thể tích sở giảm Ở dƣới nhiệt độ chuyển pha TC thể tích sở lớn thể tích pha thuận từ 164.0 Ho2In Volume unit cell (A ) 163.8 163.6 163.4 163.2 163.0 100 200 300 Temperature (K) Nhiệt độ T(K) Thể tích sở phép đo nhiễu xạ tia X Thể tích sở phép đo nhiễu xạ nơtron Hình 4.13: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ thể tích sở 4.4.2 Nhiễu xạ nơtron hợp chất Tb2In Từ phép đo nhiệt dung, chúng tơi xác định q trình chuyển pha từ hợp chất Tb2In tƣơng ứng 160 K 50 K Vì vậy, chúng tơi thực phép đo phổ nhiễu xạ nơtron mẫu Tb2In nhiệt độ T = 250 K 80 K Hình ảnh phổ nhiễu xạ nơtron trạng thái thuận từ (tại 250 K) đƣợc biểu diễn Hình 4.14 (a), cho thấy Tb2In đơn pha kết tinh cấu trúc lục giác loại Ngành Vật lýNhiệt 41 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Ni2In với nhóm khơng gian P63/mmc Nhìn vào hình 4.14, ta thấy cƣờng độ đỉnh (102), (110) đo T = 80 K tăng so với trƣờng hợp đo nhiệt độ 250 K, chứng tỏ đóng góp từ mẫu tăng mẫu trạng thái sắt từ (200) (201) 4000 3500 (a) 2000 (102) (110) 2500 (002) Cƣờng độ (a.u.) 3000 1500 1000 500 0 100 200 300 400 500 600 700 (200) (201) 2Ɵ (độ) 4500 (b) 3500 2500 (102) (110) 3000 (002) Cƣờng độ (a.u.) 4000 2000 1500 1000 500 0 100 200 300 400 500 600 700 2Ɵ (độ) Hình 4.14: Phổ nhiễu xạ nơtron hợp chất Tb2In 250 K (a) 80 K (b) Ngành Vật lýNhiệt 42 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh KẾT LUẬN Sau thời gian thực luận văn môn Vật lý Nhiệt độ thấp, thu đƣợc số kết sau: Chế tạo đƣợc hệ mẫu R2In (R = Ho, Tb) đơn pha với cấu trúc lục giác loại Ni2In thuộc nhóm khơng gian P63/mmc Đã khảo sát tính chất từ với hai chuyển pha thuận từ-sắt từ chuyển pha trật tự từ hợp chất R2In (R = Ho, Tb) Cụ thể: - Đối với Ho2In: chuyển pha thuận từ-sắt từ TC = 87 K, chuyển pha trật tự từ Tt = 36 K - Đối với Tb2In: chuyển pha thuận từ-sắt từ TC = 160 K, chuyển pha sắt từphản sắt từ TN = 50 K Kết đo nhiệt dung xuất hai chuyển pha hợp chất R2In (R = Ho, Tb) Đối với mẫu Ho2In bƣớc nhảy nhiệt dung riêng ΔC Tt Dáng điệu , TC 20 đƣờng nhiệt dung mẫu Ho2In thuộc chuyển pha loại I Còn với mẫu Tb2In thuộc chuyển pha loại II có bƣớc nhảy nhiệt dung TC = 160 K Phân tích Rietveld phổ nhiễu xạ nơtron cho thấy nguyên tử Ho có mômen từ hiệu dụng K; 45 K tƣơng ứng với hai vị trí Ho1 Ho2 Hƣớng mômen từ hợp với trục c (trục lục giác) 410 K Tại 45 K, mơmen từ quay phía trục c Trong hợp chất R2In có xuất hiệu ứng từ nhiệt (MCE) khổng lồ xung quanh nhiệt độ chuyển pha Curie TC Bằng phép đo đƣờng cong từ hóa đẳng nhiệt nhiệt độ khác nhau, ta tính hiệu biến thiên entropy từ hợp chất R2In Do điều kiện có hạn nên luận văn chúng tơi chƣa đề cấp đến kết Ngành Vật lýNhiệt 43 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Hữu Đức (2003), Vật liệu từ liên kim loại, NXB ĐHQG Hà Nội Nguyễn Ngọc Long (2007), Vật lý chất rắn: Cấu trúc tính chất vật rắn, NXB ĐHQG Hà Nội Nguyễn Phú Thùy (2003), Vật lý tượng từ, NXB ĐHQG Hà Nội Trần Minh Tiến (2012), Nghiên cứu tính chất hợp chất La2/3Ca1/3Mn1-xCoxO3, Luận văn Thạc sĩ, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội Vũ Thị Tuyến (2012), Tính chất từ hiệu ứng từ nhiệt hợp kim sở Heusler, Luận văn Thạc sĩ, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh A Bhattacharyya, S Chatterjee, S Giri, S Majumdar (2008), “Magnetic anomaly and magnetocaloric effect in Dy2In”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 1828–1831 A Bhattacharyya, S Giri, S Majumdar (2011), “Field induced sign reversal of magnetocaloric effect in Gd2In”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 324 (2012) 1239–1241 D Gignoux, D Schmitt, In: K.H.J Buschow (Ed.) (1997), Handbook of Magnetic Materials, vol 10, Elsevier, Amsterdam, p 260 D Ravot, F Bour ́ e, T Roisnel (1992), Phys B 180-181 119 10 D Ravot, O Gorochov, T Roisnel, G Andr ́ , F Bour ́ e, J.A Hodges (1993), J Magn Magn Mater 128 267 Ngành Vật lýNhiệt 44 Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh 11 D.T.K Anh, G Nakamoto, T Tsuji, M Kurisu, Y Andoh, T Tsutaoka, N Achiwa, S Kawano (2005), “Magnetic, specific heat and powder neutron diffraction studies of Ho2In”, Physica B 381 (2006) 132-138 12 H Gamari-Seale, T Anagnostopoulus, J.K Yakinthos, J Appl Phys 50 (1979) 434 13 H Umezaki, S Kawano, N Achiwa, T Shibata, Annu Rep Res Reactor Inst Kyoto Univ (1974) 94 14 H Zhang, B.G Shen, Z.Y Xu, J Chen, J Shen, F.X Hu, J.R Sun (2010), “Large reversible magnetocaloric effect in Er2In compound”, Journal of Alloys and Compounds 509 (2011) 2602–2605 15 M Forker, R M ̈ ler, S.C Bedi, M Olzon-Dionysio, S Dionysio de Souza (2005), Phys Rev B 71 094404 16 N.N Delyagin, G.T Mujiri, V.I Nesterov (1989), Sov Phys JETP 69 1070 17 Q Zhang, J.H Cho, B Li, W.J Hu, Z.D Zhang (2009), Appl Phys Lett 94 182501 18 Q Zhang, J.H Cho, J Du, F Yang, X.G Liu , W.J Feng, Y.J Zhang, J Li , Z.D Zhang (2008), “Large reversible magnetocaloric effect in Tb2In”, Solid State Communications 149 (2009) 396-399 19 S Kawano, H Umezaki, T Shibata (1974), Annu Rep Res Reactor Inst Kyoto Univ 99 20 S Parviainen, S Penttil ̈ (1980), Phys Stat Solidi (a) K119 21 S P McAlister (1984), J Appl Phys 55 2343 22 S P McAlister (1984), J Phys F: Met Phys 14 2167 23 W Bazela, A Szytula (1988), J Less-Common Met 138 123 24 W.-L Liu, M Yamashita, M Kurisu, H Kadomatsu, H Fujiwara (1987), J Phys Soc Japan 56 421 Ngành Vật lýNhiệt 45 Khóa 2010-2012 ... Ngành Vật lýNhiệt Khóa 2010-2012 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Vật liệu từ Các vật liệu bị từ hóa nhiều hay từ trƣờng đƣợc gọi vật liệu từ Từ tính vật liệu từ. .. từ, phản sắt từ, ferit từ, sắt từ Ở xem xét trạng thái thuận từ, phản sắt từ sắt từ a, Vật liệu thuận từ [3] Vật liệu thuận từ có độ cảm từ có giá trị nhỏ (cỡ ) Các vật liệu thuận từ chất mà ngun... vật liệu thuận từ b) Đường cong từ hóa vật liệu thuận từ c) Sự phụ thuộc vào nhiệt độ nghịch đảo độ cảm từ 1/ vật liệu thuận từ b, Vật liệu phản sắt từ [3] Vật liệu phản sắt từ giống vật liệu