Cấu trúc tinh thể và tính chất từ của các hợp chất tbptsn và tbrhsn

Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ………………… Hồ Thị Doan CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA CÁC HỢP CHẤT TbPtSn VÀ TbRhSn LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội, 2016 Ngành Vật lý Nhiệt Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ………………… Hồ Thị Doan CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA CÁC HỢP CHẤT TbPtSn VÀ TbRhSn LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Đỗ Thị Kim Anh Hà Nội, 2016 Ngành Vật lý Nhiệt Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan Lời cảm ơn Lời đầu tiên, cho phép em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Đỗ Thị Kim Anh, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ em luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đặc biệt tới thầy cô môn Vật lý Nhiệt – Khoa Vật lý cung cấp cho em kiến thức, kỹ nghiên cứu khoa học tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập hoàn thành luận văn Nhân dịp em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè giúp đỡ em thời gian học tập thời gian làm luận văn Hà nội, ngày 19 tháng 11 năm 2016 Học viên Hồ Thị Doan Ngành Vật lý Nhiệt Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ HỢP CHẤT RTSn 1.1 Cấu trúc tinh thể hệ hợp chất RTSn 1.1.1 Cấu trúc tinh thể TbPtSn 1.1.2 Cấu trúc tinh thể TbRhSn 1.2 Tính chất từ hợp chất RTSn CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Một số khái niệm từ tính vật liệu 10 2.1.1 Hiện tượng từ 10 2.1.2 Các đại lượng đặc trưng cho tính chất từ vật liệu 10 2.2 Phân loại vật liệu từ 12 2.2.1 Vật liệu nghịch từ 12 2.2.2 Vật liệu thuận từ 13 2.2.3 Vật liệu sắt từ 14 2.2.4 Vật liệu phản sắt từ 15 2.2.5 Chất Ferit từ 15 2.3 Tƣơng tác từ hệ điện tử 16 2.4 Nhiệt độ trật tự tƣơng tác trao đổi 18 2.4.1 Nhiệt độ trật tự 18 2.4.2 Tương tác trao đổi gián tiếp mômen 4f-Tương tác RKKY 19 2.4.3 Thuận từ Pauli 21 CHƢƠNG III: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 23 3.1 Chế tạo mẫu 23 3.1.1.Sơ đồ cấu tạo 23 3.1.2 Quy trình nấu mẫu 25 3.1.3 Ủ nhiệt 25 3.2 Nhiễu xạ bột tia X 25 3.3 Nhiễu xạ Neutron 27 Ngành Vật lý Nhiệt Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan 3.4 Giao thoa kế lƣợng tử siêu dẫn (SQUID) 28 CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 4.1 Cấu trúc tinh thể hệ hợp chất TbPtSn TbRhSn 30 4.2 Tính chất từ hệ hợp chất TbPtSn TbRhSn 32 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 Ngành Vật lý Nhiệt Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các thông số nhiệt độ, mômen từ hiệu dụng hợp chất RPtSn RRhSn…….5 Bảng 1.2: Các thông số cấu trúc từ TbRhSn 1,7 K Bảng 4.1 Hằng số mạng, thể tích đơn vị hệ hợp chất TbPtSn TbRhSn trước sau ủ nhiệt 31 Bảng 4.2 Nhiệt độ Néel từ độ bão hịa mơnen từ hiệu dụng hệ hợp chất TbPtSn TbRhSn trước sau ủ nhiệt 36 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể lục giác loại ZrNiAl họ hợp chất UXT Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể hợp chất TbPtSn: (a) cấu trúc trực thoi loại TiNiSn (b) cấu trúc lục giác loại ZrNiAl Hình 1.3: Cấu trúc từ hợp chất TbRhSn Hình 1.4: Sự phụ thuộc nhiệt độ mômen từ Hình 1.5: Giản đồ đặc trưng cho phân bố mômen từ Tb3+ lớp Hình 2.1: (a) Mômen từ nguyên tử nghịch từ từ trường 12 (b) Đường cong từ hóa vật liệu nghịch từ 12 Hình 2.2: a) xếp mômen từ nguyên tử chất thuận từ khơng có từ trường ngồi; ……………………………………………………………………………… 13 b) đường cong từ hóa vật liệu thuận từ; 13 c) phụ thuộc 1/ χ vào nhiệt độ 13 Hình 2.3: (a) Sự xếp mômen từ nguyên tử vật liệu sắt từ nhiệt độ T < TC; 14 (b) Sự phụ thuộc vào nhiệt độ từ độ tự phát nghịch đảo hệ số từ hóa 1/ chất sắt từ 14 Hình 2.4: (a) Sự xếp mơmen từ nguyên tử vật liệu phản sắt từ nhiệt độ T < TN;………………………………………………………………………………………… 15 (b) Sự phụ thuộc vào nhiệt độ nghịch đảo độ từ hóa chất phản sắt từ 15 Hình 2.5: (a) Sự xếp mômen từ nguyên tử ferit từ nhiệt độ T < TC; 16 (b) Sự phụ thuộc vào nhiệt độ từ độ tự phát Ms nghịch đảo độ từ hóa 1/ vật liệu ferit từ 16 Hình 2.6: Mật độ trạng thái hệ điện tử spin 21 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hệ nấu mẫu phương pháp nóng chảy hồ quang Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp 23 Hình 3.2: Minh họa vùng hồ quang 24 Hình 3.3: Sơ đồ mơ tả nguyên lý hoạt động phương pháp nhiễu xạ tia X 26 Hình 3.4: a) Sơ đồ buồng mẫu thiết bị đo hệ số cảm từ SQUID 28 b) Cuộn dây đo độ cảm xoay chiều 28 c) Sơ đồ buồng đo từ kế SQUID 28 Hình 4.1: Phổ nhiễu xạ bột tia X hợp chất TbPtSn nhiệt độ phòng: 30 (a) mẫu ủ nhiệt (b) mẫu chưa ủ nhiệt 30 Hình 4.2: Phổ nhiễu xạ tia X hợp chất TbRhSn nhiệt độ phòng: 31 (a) mẫu chưa ủ nhiệt (b) mẫu ủ nhiệt 31 Hình 4.3: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ từ độ hợp chất TbPtSn ủ nhiệt từ trường H = 1000 Oe 32 Ngành Vật lý Nhiệt Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan Hình 4.4: Sự phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ hợp chất TbPtSn chưa ủ nhiệt từ trường H = 1000 Oe 33 Hình 4.5: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ từ độ hợp chất TbRhSn xử lý nhiệt từ trường H = 1000 Oe 34 Hình 4.6 Đường nghịch đảo hệ số từ hóa theo nhiệt độ hợp chất TbPtSn ủ nhiệt………………………………………………………………………………………… 35 Hình 4.7 Đường nghịch đảo hệ số từ hóa theo nhiệt độ mẫu TbRhSn ủ nhiệt 35 Hình 4.8: Các đường cong từ hóa đẳng nhiệt hợp chất TbPtSn chưa xử lý nhiệt 37 Hình 4.9: Các đường cong từ hóa đẳng nhiệt hợp chất TbPtSn xử lý nhiệt 37 Hình 4.10: Các đường cong từ hóa đẳng nhiệt hợp chất TbRhSn 38 Hình 4.11: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt dung mẫu TbPtSn ủ nhiệt 39 Hình 4.12: Nhiễu xạ Neutron hợp chất TbPtSn TbRhSn vài nhiệt độ 40 Ngành Vật lý Nhiệt Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan MỞ ĐẦU Các nghiên cứu lĩnh vực từ học vật liệu từ phát triển ngày, có ảnh hưởng lớn đến công nghiệp sống hàng ngày người Lịch sử nghiên cứu cho thấy có liên quan chặt chẽ tới ứng dụng thực tế, vật liệu từ tính tạo nên thành phần quan trọng nhiều ứng dụng như: thiết bị nhớ, nam châm vĩnh cửu, lõi biến áp, thiết bị từ tính khí, thiết bị từ tính điện tử, thiết bị quang từ,… Trong nhiều ứng dụng kể ta thấy hợp chất liên kim loại đất R-T (R - nguyên tố đất hiếm, T – kim loại chuyển tiếp) đóng vai trị quan trọng xem xét đặc tính từ thành phần R thành phần T Như biết, đất từ tính bắt nguồn từ lớp vỏ lấp đầy điện tử 4f, điện tử có khả định xứ cao, mơmen từ chúng lớn, chúng đặc trưng tính bất đẳng hướng cao ion từ đơn tinh thể vùng nhiệt độ thấp Trong dãy nguyên tố đất nửa đầu dãy đất đất nhẹ, nửa lại đất nặng Trong nghiên cứu vật liệu từ họ hợp chất liên kim loại có cơng thức RTX (R = đất hiếm, T = kim loại chuyển tiếp X = Si, Al, Sn) nghiên cứu mạnh chúng có tính chất vật lý thú vị tính chất điện, tính chất từ, … Họ hợp chất RTX nhận quan tâm nhiều nhóm nghiên cứu chúng có nhiều tính chất từ thú vị nhiệt độ thấp [15] Cấu trúc tinh thể phổ biến họ hợp chất loại lục giác ZrNiAl, ngồi cịn có trật tự loại Fe2P [6,13] Cấu trúc lục giác đặc trưng lớp, bao gồm hai loại phẳng bản, chứa tất nguyên tử R số nguyên tử T, chứa nguyên tử T lại nguyên tử X Cấu trúc tinh thể họ hợp chất bị thay đổi theo nhiệt độ, đặc biệt cấu trúc bị thay đổi vùng thuận từ Bằng phương pháp đo nhiễu xạ tia X, nhiễu xạ neutron, phép đo từ, phổ Mưssbauer,… nhóm nghiên cứu họ hợp chất RTX với R đất nhẹ (Ce, Pr, Nd) tồn cấu trúc trực thoi loại TiNiSi, cịn với đất nặng chúng có cấu trúc lục giác loại ZrNiAl thuộc nhóm khơng gian P 2m [10, 19, 21] Trên cở sở đó, luận văn chọn hai hợp chất TbPtSn TbRhSn để nghiên cứu với tên đề tài: Cấu trúc tinh thể tính chất từ hợp chất TbPtSn TbRhSn khảo sát vùng nhiệt độ thấp xem xét ảnh hưởng hai nguyên tố thay Pt Rh lên tính chất từ họ hợp chất Ngành Vật lý Nhiệt Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan Luận văn bao gồm: Mở đầu Chương I: Tổng quan hệ hợp chất RTSn Chương II: Một số sở lý thuyết Chương III: Phương pháp thực nghiệm Chương IV: Kết thảo luận Kết luận Ngành Vật lý Nhiệt Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ HỢP CHẤT RTSn 1.1 Cấu trúc tinh thể hệ hợp chất RTSn Hệ hợp chất RTSn (R = đất hiếm, T = kim loại chuyển tiếp) kết tinh hai loại cấu trúc: trực thoi loại TiSiNi lục giác loại ZrNiAl thuộc  nhóm khơng gian P 2m [7, 11] Cấu trúc hệ hợp chất RTSn tương tự với họ hợp chất UTX (với U = đất hiếm, T = Fe, Co, Rh, Pt X = Al, Sn) Hình 1.1 cấu trúc lục giác loại ZrNiAl họ hợp chất UTX Cấu trúc tạo lớp mặt phẳng U-T T-X xếp chồng lên dọc theo trục c Cấu trúc lục giác đặc trưng lớp chứa hai loại mặt phẳng gồm tất nguyên tử U số nguyên tử T mặt khác chứa nguyên tử T X [15, 21] Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể lục giác loại ZrNiAl họ hợp chất UXT Trong mặt phẳng có ba nguyên tử U nằm vị trí 3g nguyên tử T nằm vị trí 1b, cịn mặt phẳng có ba nguyên tử X nằm vị trí 3f hai nguyên tử T nằm vị trí 2c 1.1.1 Cấu trúc tinh thể hợp chất TbPtSn Nghiên cứu nhiễu xạ tia X nhiễu xạ neutron cho thấy hợp chất TbPtSn thể cấu trúc tinh thể lục giác loại ZrNiAl (thuộc nhóm khơng gian  P 2m) vị trí nguyên tử sau: Ngành Vật lý Nhiệt Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Cấu trúc tinh thể hệ hợp chất TbPtSn TbRhSn Cấu trúc tinh thể hợp chất TbPtSn TbRhSn xác định phương pháp đo nhiễu xạ bột tia X Trong nghiên cứu khảo sát cấu trúc tinh thể hợp chất trước sau ủ nhiệt Hình 4.1 đưa phổ nhiễu xạ bột tia X hợp chất TbPtSn trước sau ủ nhiệt độ phòng Kết cho thấy với mẫu sau xử lý nhiệt đỉnh nhiễu xạ hoàn toàn trùng khớp với  cấu trúc lục giác loại ZrNiAl (trong nhóm khơng gian P 2m) Điều chứng tỏ mẫu TbPtSn sau ủ nhiệt hoàn toàn đơn pha với cấu trúc lục giác loại ZrNiAl có số mạng ghi bảng 4.1 * Hình 4.1: Phổ nhiễu xạ bột tia X hợp chất TbPtSn nhiệt độ phòng: (a) mẫu ủ nhiệt (b) mẫu chưa ủ nhiệt Phổ nhiểu xạ bột tia X mẫu TbPtSn chưa ủ nhiệt Hình 4.1b So với mẫu ủ nhiệt đỉnh nhiễu xạ mẫu chưa ủ nhiệt chưa rõ nét, có số đỉnh trùng với cấu trúc lục giác đỉnh (101), (111), Ngành Vật lý Nhiệt 30 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan (210), (002), (220), … xuất số đỉnh (*) không thuộc cấu trúc lục giác loại ZrNiAl với cường độ lớn Như vậy, mẫu chưa qua xử lý nhiệt không đơn pha, với cấu trúc lục giác mẫu có số mạng a lớn so với mẫu ủ nhiệt (xem bảng 4.1) Vì vậy, việc xử lý nhiệt cần thiết việc hình thành đơn pha hợp chất TbPtSn Bảng 4.1 Hằng số mạng thể tích đơn vị hệ hợp chất TbPtSn TbRhSn trước sau ủ nhiệt TbPtSn Chưa ủ nhiệt Đã ủ nhiệt TbRhSn Chưa ủ nhiệt Đã ủ nhiệt a = b (Å) c (Å) V (Å3) 7,459  0,043 3,997  0,019 222,380  0,012 7,444  0,015 3,999  0,002 221,597  0,012 7,532  0,024 3,775  0,004 214,159  0,004 7,532  0,024 3,775  0,004 214,159  0,004 Hình 4.2: Phổ nhiễu xạ tia X hợp chất TbRhSn nhiệt độ phòng: (a) mẫu chưa ủ nhiệt (b) mẫu ủ nhiệt Ngành Vật lý Nhiệt 31 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan Đối với hợp chất TbRhSn phổ nhiễu xạ bột tia X hình 4.2 Trên giản đồ cho thấy đỉnh nhiễu xạ sắc nét, trùng mẫu ủ nhiệt mẫu chưa ủ Cả hai mẫu đơn pha kết tinh cấu trúc lục giác loại ZrNiAl với số mạng a = b = 7,532 Å c = 3,775 Å Và việc xử lý nhiệt không cần thiết hợp chất TbRhSn Như vậy, hệ hợp chất TbTSn T = Rh mẫu đơn pha chưa cần xử lý nhiệt thể tích đơn vị lớn so với mẫu chứa Pt Điều ảnh hưởng đến tính chất từ hợp chất TbPtSn TbRhSn nghiên cứu phần 4.2 Tính chất từ hệ hợp chất TbPtSn TbRhSn Tính chất từ hợp chất TbPtSn TbRhSn xác định thông qua phép đo từ độ mẫu ủ nhiệt chưa ủ nhiệt Hình 4.3 biểu diễn phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ M(T) mẫu TbPtSn ủ nhiệt từ trường 1000 Oe Hình nhỏ bên hình vẽ phụ thuộc M(T) vùng nhiệt độ thấp T1 = 4,3 K Hình 4.3: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ từ độ hợp chất TbPtSn ủ nhiệt từ trường H = 1000 Oe Ngành Vật lý Nhiệt 32 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan Hình dạng đường M(T) cho thấy hợp chất mang đặc tính phản sắt từ với nhiệt độ chuyển pha Néel TN = 13,7 K Ở vùng nhiệt độ thấp xuất dị thường nhiệt độ T1 = 4,3 K Với hợp chất TbPtSn chưa ủ nhiệt (Hình 4.4), đường M(T) ngồi đặc tính phản sắt từ với nhiệt độ Néel TN = 13,4 K dị thường T1 = 4,4 K giống với mẫu ủ nhiệt, nhiên xuất thêm điểm uốn nhiệt độ T = 10 K, điều cho đóng góp pha lạ kết đo nhiễu xạ tia X Hình 4.4: Sự phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ hợp chất TbPtSn chưa ủ nhiệt từ trường H = 1000 Oe Hình 4.5 biểu diễn phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ M(T) mẫu TbRhSn chưa ủ nhiệt từ trường 1000 Oe Hình nhỏ bên hình vẽ phụ thuộc M(T) vùng nhiệt độ thấp Có cực đại rõ nét đặc trưng cho đặc tính phản sắt từ vật liệu nhiệt độ Néel TN = 19,6 K Giá trị phù hợp với công bố trước [9] Ở TN xuất thêm dị thường T1 = 12,7 K Như vậy, hai hợp chất TbPtSn TbRhSn mang đặc tính vật liệu phản sắt từ với nhiệt độ chuyển pha Néel Khi thay Pt Rh hợp Ngành Vật lý Nhiệt 33 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan chất làm tăng nhiệt độ chuyển pha Néel từ 13,4 K lên 19,6 K Ở vùng nhiệt độ thấp xuất dị thường nhiệt độ T1 T1 Hình 4.5: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ từ độ hợp chất TbRhSn xử lý nhiệt từ trường H = 1000 Oe Trong hình 4.6 biểu diễn phụ thuộc nghịch đảo độ cảm từ vào nhiệt độ từ trường H = 1000 Oe hợp chất TbPtSn xử lý nhiệt Ở nhiệt độ cao, độ cảm từ tuân theo định luật Curie-Wess có dạng:  = 0 + C/(T - p), 0 số không phụ thuộc nhiệt độ, C số Curie p nhiệt độ Curie thuận từ Giá trị âm p biểu tương quan phản sắt từ hợp chất Giá trị lớn 0 phần tính thuận từ độc lập nhiệt độ Van Vleck Bằng cách ngoại suy tuyến tính đường nghịch đảo độ cảm từ theo nhiệt độ vùng nhiệt độ cao ta xác định giá trị nhiệt độ Curie thuận từ P = - 9,5 K hợp chất TbPtSn Giá trị lớn so với số kết công bố trước -5,1 K [8, 13] Ngành Vật lý Nhiệt 34 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan p = - 9,5 K Hình 4.6: Đường nghịch đảo hệ số từ hóa theo nhiệt độ hợp chất TbPtSn ủ nhiệt p = - 11,7 K Hình 4.7: Đường nghịch đảo hệ số từ hóa theo nhiệt độ mẫu TbRhSn ủ nhiệt Ngành Vật lý Nhiệt 35 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan Một cách tương tự, ta xác định nhiệt độ Curie thuận từ hợp chất TbRhSn xử lý nhiệt từ trường H = 1000 Oe P = - 11,7 K (Hình 4.7) Giá trị cao so với hợp chất TbPtSn Giá trị cao so với hợp chất TbPtSn, điều lý giải tương quan phản sắt từ hai hợp chất có khác mà nguồn gốc cấu trúc từ hợp chất không giống Giá trị thực nghiệm mômen từ hiệu dụng ngoại suy từ biu thc: àeff = 2,38ì(MÃC)1/2 ú, M l lượng mol C số Curie Các giá trị mômen từ hiệu dụng thực nghiệm lý thuyết hợp chất ghi lại bảng 4.2 Giá trị hiệu dụng thực nghiệm lớn so với lý thuyết mơmen từ dư đóng góp tương tác 4f-5d Bảng 4.2 Nhiệt độ Néel, từ độ bão hịa mơmen từ hiệu dụng hệ hợp chất TbPtSn TbRhSn trước sau ủ nhiệt g[J(J+1)]1/2 T = 1,8 K µeff (µB/f.u.) 13,7 ± 0,2 7,5 ± 0,5 10,3 ± 0,5 9,76 ± 0,4 13,4 ± 0,3 3,95 ± 0,3 10,2 ± 0,3 9,7 ± 0,3 19,6 ± 0,3 4,89 ± 0,3 9,75 ± 0,2 9,72 ± 0,2 - - - TN (K) TbPtSn Chưa ủ nhiệt Đã ủ nhiệt TbRhSn Chưa ủ nhiệt Đã ủ nhiệt MS (B) (µB/f.u.) Hình 4.8 8.9 biểu diễn đường từ hóa đẳng nhiệt hợp chất TbPtSn chưa ủ nhiệt xử lý nhiệt 1,8 K; K, K, 10 K 12 K nghĩa trên, sát nhiệt độ chuyển pha Néel Đường từ hóa nhận T = 1,8 K cho giá trị từ độ bão hòa hợp chất TbPtSn chưa ủ nhiệt 7,5 µB nhỏ so với giá trị lý thuyết (9,2 µB) Ngành Vật lý Nhiệt 36 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan Hình 4.8: Các đường cong từ hóa đẳng nhiệt hợp chất TbPtSn chưa ủ nhiệt Hình 4.9: Các đường cong từ hóa đẳng nhiệt hợp chất TbPtSn xử lý nhiệt Với mẫu qua xử lý nhiệt (Hình 4.9), tất đường từ hóa đẳng nhiệt chưa đạt tới giá trị bão hòa từ trường 70 kOe Trên đường từ độ nhiệt độ T = K 10 K xuất ba chuyển pha từ kim loại gây từ trường ngồi Ngành Vật lý Nhiệt 37 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan Hình 4.10: Các đường cong từ hóa đẳng nhiệt hợp chất TbRhSn nhiêt độ khác nhau, mẫu ủ nhiệt Đặc trưng khơng tuyến tính dạng chữ S đường từ hóa đẳng nhiệt nhận nhiệt độ Néel (18 K, K K) hợp chất TbRhSn (Hình 4.10) đề xuất trật tự phản sắt từ với xếp từ không song song mômen từ Tb Từ trường tới hạn 35 kOe T = K 40 kOe K Giá trị lớn từ trường tới hạn nhiệt độ cao đột ngột mạnh xác nhận chế với cấu trúc từ thứ hai (ổn định hơn) Giá trị mơmen từ từ trường ngồi cao 70 kOe T = K 5,6 µB nhỏ so với giá trị mơmen từ bão hịa Tb tính theo lý thuyết (µs = µB) trạng thái trật tự lấp đầy Hình 4.11 đường nhiệt dung hàm nhiệt độ Cp(T) hợp chất TbPtSn ủ nhiệt Hai dị thường tìm thấy đường Cp(T) TN = 12,1 K T1 = 3,2 K kết đo từ độ, nhiên dị thường T1 không rõ Các chuyển pha liên tiếp đặc tính chung hệ hợp chất trực thoi ba nguyên chứa Tb [13, 17] Ngành Vật lý Nhiệt 38 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan TN = 12,1 K T1 = 3,2 K Hình 4.11: Sự phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt dung mẫu TbPtSn ủ nhiệt Nhiễu xạ Neutron hợp chất TbPtSn ghi lại K; 12,1 K; 13 K 30 K hình 4.12a hợp chất TbRhSn K 35 K (Hình 4.12b) Cường độ tương đối đỉnh từ phổ nhiễu xạ Neutron phụ thuộc vào nhiệt độ cụ thể so sánh đỉnh từ góc 2 = 22,5 35 Sự thay đổi cường độ từ tương đối thay đổi tương đối mômen từ định xứ vị trí khác Nhiệt độ chuyển hai cấu trúc từ khác ước tính 12,1 K hợp chất TbPtSn theo kết đo nhiễu xạ Neutron Các kết thu phổ nhiễu xạ neutron hợp chất TbPtSn TbRhSn phù hợp với kết nghiên cứu trước [7,19] Ngành Vật lý Nhiệt 39 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan a) 2 () 15000 Intensity ( counts/80 sec ) Al Al b) (200) (001) 10000 (100) Cƣờng độ nhiễu xạ (a.u.) TbRhSn with hexagonal structure 3K 5000 20 35 K 30 40 50 2theta ( deg ) 60 70 80 2 () Hình 4.12: Nhiễu xạ Neutron hợp chất TbPtSn TbRhSn vài nhiệt độ Ngành Vật lý Nhiệt 40 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan KẾT LUẬN Sau thời gian thực luận văn Bộ mơn Vật lý Nhiệt độ thấp tơi tìm hiểu nguyên tắc chế tạo hệ hợp kim có chứa Tb: TbPtSn TbRhSn phương pháp nóng chảy hồ quang, phân tích phép đo thực nghiệm thu số kết sau: - Về cấu trúc tinh thể mẫu TbPtSn TbRhSn sau ủ nhiệt hoàn toàn  đơn pha với cấu trúc lục giác loại ZrNiAl nhóm khơng gian P 2m Việc ủ nhiệt cần thiết với mẫu TbPtSn để tạo đơn pha Cịn mẫu TbRhSn khơng cần xử lý nhiệt để tạo đơn pha Thể tích đơn vị hợp chất chứa Rh lớn hợp chất chứa Pt - Các kết đo từ độ nhiệt dung cho thấy hợp chất mang đặc tính phản sắt từ với nhiệt độ Néel TN = 13,7 K 19,6 K tương ứng với hợp chất TbPtSn TbRhSn Ở trạng thái trật tự mẫu tồn dị thường 4,3 K 12,7 K tương ứng với hợp chất TbPtSn TbRhSn - Kết đo nhiễu xạ Neutron cho thấy có chuyển cấu trúc từ vùng nhiệt độ thấp hợp chất TbPtSn ước tính nhiệt độ chuyển hai cấu trúc từ 12,1 K Ngành Vật lý Nhiệt 41 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Hữu Đức (2003), Vật liệu từ liên kim loại, NXB ĐHQG Hà Nội Nguyễn Hữu Đức (2003), Vật lý chuyển pha, NXB ĐHQG Hà Nội Lưu Tuấn Tài (2010), Vật liệu từ, NXB ĐHQG Hà Nội Phạm Hồng Quang (2007), Các phép đo từ, NXB ĐHQG Hà Nội Nguyễn Phú Thùy (2003), Vật lý tượng từ, NXB ĐHQG Hà Nội Tiếng Anh A Szytula, J Leciejewicz, Handbook of the Crystal Stuctures and Magnetic properties of Rare earth Intermetallic, CRC Press, Boca Ranton, FL, 1994, 83 A Szytula, M Kolenda, J Leciejewicz, N Stusser, Non-collinear antiferromagnetic structure of hexagonal TbPtSn, Journal of Magnetism and Magetic Materials 164, 1996, 377 A Szytula, B Penc, E Ressouche, Magnetic structure of DyNiSn and TbRhSn, Journal of Magnetism and Magetic Materials 2334, 1996, 94 A.E Dwigh, Gieseen (Ed.), Developments in the Structural Chemistry of Alloy Phases, Plenum, New York, 1969, 182 10 A.E Dwigh, W.C Harper and C W Kimball, HoPtSn and other intermetallicc compounds with the Fe2P type structure, Journal of Magnetism and Magetic Materials 30, 1973, 1-8 11 Ch.D Routsi, J.K Yakinthos, Magnetic properties of the equiatomic ternary RTSn compound (R = rare earth, T = Pt, Rh), Journal of Magnetism and Magnetic Materials 110, 1992, 317 12 Jacek Gurgul, Kazimierz Latka, Andrzej W Pacyna, Sebastian C Peter, Rainer Pottgen, TbRhSn and DyRhSn – Detailed magnetic and 119Sn Mössbauer spectroscopic studis, Intermetallics 46, 2014, 56 Ngành Vật lý Nhiệt 42 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan 13 J Schoenes, F Troisi, E Bruck and A A Menovsky, Electrical resistivity and hall-effect study of U1NAl single crystals, Journal of Magnetism and Magetic Materials 108, 1992, 40 14 K Latka, M Rams, R Kmiec, AW Pacyna, VI Zaremba, UC Rodewald, et al., Structure and properties ò Gd4Pd10In21, Solid State Sci 9, 2007, 173 15 L Havela, M Divis, V Sechovsky, A.V Andreev, F Honda, G Oomi, Y Meresse, S Heathman, U ternaries with ZrNiAl structure – lattice properties, Journal of Alloys and compounds 322, 2001, 16.M Mihalik, V Sechovsky, Magnetic properties of PrRhSn: a singlecrystal study, Journal of Magnetism and Magetic Materials 310, 2007, 1758 17 M Mihalik, H Kitazawa, M Divis, V Sechovsky, Magnetism in PrRhSn studied on a single crystal, J Alloys Compd 460, 2008, 26 18 P Rogl, Handbook of Physics and Chemistry of Rare Earth, eds K.A Gschneider Jr and L.Eyring North- Holland, Amsterdam, 1984, Vol.7, p.1 19.S Baran, M Balanda, P Fischer, W Sikora, A Szytula, Magnetic phase transitions in TbRhSn, Journal of Magnetism and Magetic Materials 261, 2003, 369 20.T Fujita, T Suzuki, S Nishigori, T Tahabakete, H Fujii, J Sakurai, Unusual low-temperature properties of Ce compound, Journal of Magnetism and Magetic Materials 108, 1992, 35 21.Yoshikazu Andoha, Do Thi Kim Anh, Hiroyuki Hoshino, Go Nakamoto, Makio Kurisu, Shinji Kawano, Specific heat and high-field magnetization of a TbPdSn single crystal, Physica B 373, 2006, 150 Ngành Vật lý Nhiệt 43 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan Báo cáo poster Hội nghị khoa học Khoa Vật lý 10/2016 Ngành Vật lý Nhiệt 44 Khóa 2014-2016 ... TỔNG QUAN VỀ HỆ HỢP CHẤT RTSn 1.1 Cấu trúc tinh thể hệ hợp chất RTSn 1.1.1 Cấu trúc tinh thể TbPtSn 1.1.2 Cấu trúc tinh thể TbRhSn 1.2 Tính chất từ hợp chất RTSn ... nhiệt thể tích đơn vị lớn so với mẫu chứa Pt Điều ảnh hưởng đến tính chất từ hợp chất TbPtSn TbRhSn nghiên cứu phần 4.2 Tính chất từ hệ hợp chất TbPtSn TbRhSn Tính chất từ hợp chất TbPtSn TbRhSn. .. với từ hóa mẫu Ngành Vật lý Nhiệt 29 Khóa 2014-2016 Luận văn thạc sĩ Hồ Thị Doan CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Cấu trúc tinh thể hệ hợp chất TbPtSn TbRhSn Cấu trúc tinh thể hợp chất TbPtSn