tỉ số kích thước n = L/W khác nhau
Đường cong sự phụ thuộc của hệ số từ điện vào từ trường ngoài một chiều cho ta thấy hệ số E tăng rất nhanh trong vùng từ trường thấp đến một giá trị Ho nào đó, E đạt đến giá trị cực đại. Tiếp tục tăng từ trường hệ số từ - điện giảm và tiến đến giá trị E = 0 khi H > 100 Oe. Sự biến mất của hiệu ứng
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 0 30 60 90 120 150 180 210 240 f (kHz) α E ( m V /c m O e ) 15x1 15x2 15x3 15x5 15x10 15x15
từ - điện tại từ trường lớn có thể được giải thích là do tại từ trường này, từ giảo của băng từ đã đạt đến trạng thái bão hòa và do đó, không có thêm ứng suất tác dụng lên pha áp điện. Kết quả là dưới tác dụng của từ trường xoay chiều, thế áp điện xoay chiều không sinh ra trên bề mặt tấm áp điện. Trên hình 3.6 là kết quả đo hiệu ứng từ-điện phụ thuộc vào từ trường một chiều đo trên các mẫu có tỉ số kích thước khác nhau. Tất cả các phép đo đều được thực hiện tại tần số cộng hưởng tương ứng của từng mẫu đã thu được trong hình 3.5. Kết quả cho thấy hệ số từ điện cực đại trên các mẫu có kích thước khác nhau thì khác nhau rất rõ rệt. Hệ số từ điện lớn nhất quan sát thấy trên mẫu 15x5mm đạt Emax = 36.3 V/cmOe tại H = 9 Oe. Kết quả này lơn hơn 36 lần so với hiệu ứng từ - điện trên vật liệu Finemet đã từng công bố.
Nhìn vào đường cong này ta thấy sự phụ thuộc rất mạnh của hệ số từ-
điện vào kích thước khác nhau trong đó các mẫu có tỉ số n càng lớn thì độ dốc
của đường cong trong vùng từ trường thấp càng lớn và ngược lại. Thêm vào đó, giá trị từ trường, tại đó hệ số từ-điện đạt cực đại giảm mạnh với sự tăng
của tỉ số kích thước. Nếu với mẫu có tỉ số n = 1 thì giá trị từ trường này cần thiết là 12 Oe trong khi với tỉ số n = 15 thì giá trị này giảm xuống 2,5 lần chỉ
còn khoảng 5 Oe. Điều này có thể khẳng định là hệ quả của hiệu ứng dị hướng hình dạng gây ra.
Hình 3.6. Hệ số từ điện phụ thuộc vào từ trường một chiều đối với các mẫu hình chữ nhật có chiều dài L = 15 mm và chiều rộng W thay đổi từ 1 đến 15 mm.
Từ trường đặt dọc theo chiều dài (L). Phép đo được thực hiện tại tần số cộng hưởng tương ứng
Nếu quan tâm tới việc ứng dụng trong từ trường thấp như làm việc trong vùng từ trường trái đất thì hiệu ứng từ-điện trong vùng từ trường nhỏ được quan tâm hơn cả. Khi đó, ta cần quan tâm đến vùng tuyến tính của tín hiệu từ điện phụ thuộc vào từ trường ngoài. Bảng số liệu hệ số từ-điện tại từ trường 2.5 Oe đo trên các mẫu có tỉ lệ kích thước khác nhau, ta thấy hệ số từ-
điện thay đổi này không theo một xu hướng với tỉ số n. Ban đầu là sự tăng lên rất nhanh của αE từ 14040 lên 22830 khi n tăng từ 1 đến 3. Sự tăng lên này
phù hợp với qui luật tăng cường tính chất từ mềm và từ giảo mềm do dị
hướng hình dạng. Tiếp đến khi n tiếp tục tăng thì hệ số từ-điện giảm dần. Lý
giải điều này có thể giải thích theo hiệu ứng hiệu ứng Shear lag mà trong khuôn khổ tiểu luận không thể được đề cập.
Bảng tổng hợp tần số cộng hưởng và hệ số từ-điện đo tại Hdc = 2.5 Oe đo trên các mẫu hình có kích thước khác nhau
TT Kích thước Tỉ số n = L/W fr (kHz) αE (mV/cmOe) tại Hdc = 2.5 Oe L (mm) W (mm) 1 15 1 15 100.5 17240 2 15 2 7.5 98.8 22480 3 15 3 5 104.5 22600 4 15 5 3 100.1 22830 5 15 7.5 2 102 19000 6 15 10 1.5 97.5 16740 7 15 15 1 131.2 14040
Như vậy, bằng việc khai thác dị hướng hình dạng của băng từ mềm hệ số từ-điện có thể được cải thiện mạnh khi chế tạo các mẫu hình chữ nhật có
kích thước L > W. Tuy nhiên bên cạnh đó luôn tồn tại sự cạnh tranh với hiệu
ứng với hiệu ứng làm tín hiệu giảm đi là hiệu ứng ”Shear lag” . Do đó, có thể khẳng định việc khảo sát sự phụ thuộc tín hiệu từ-điện phụ thuộc vào hình dạng kích thước mẫu qua đó tối ưu hóa cấu trúc cho việc khảo sát tín hiệu từ điện phụ thuộc vào các thông số khác là phần việc rất quan trọng.
KẾT LUẬN
Băng từ siêu mềm Metglas có pha Ni với thành phần Fe76.8Ni1.2B13.2Si8.8 (Ni-based Metglas) đã tăng cường được đồng thời cả tính chất từ và từ giảo và do đó tăng cường đáng kể hiệu ứng từ-điện trong vùng từ trường thấp trên các vật liệu tổ hợp sử dụng băng từ này. Các kết quả nghiên cứu đã thu được bao gồm:
- Nghiên cứu quá trình từ hóa phụ thuộc vào hình dạng và kích thước băng từ có kích thước khác nhau.
- Nghiên cứu tính chất từ giảo của các băng từ Metglas pha Ni với hình dạng và kích thước khác nhau.
- Nghiên cứu hiệu ứng từ - điện trên các vật liệu tổ hợp Fe76.8Ni1.2B13.2Si8.8/PZT trên các cấu hình và kích thước khác nhau. Tăng cường hiệu ứng từ - điện nhờ khai thác dị hướng hình dạng của băng từ và từ đó tối ưu cấu hình cho các nghiên cứu triển khai ứng dụng tiếp theo.
Các kết quả thu được trong luận văn này rất khả thi cho các hướng nghiên cứu triển khai ứng dụng tiếp theo đặc biệt chế tạo sensor đo từ trường nhỏ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Bùi Xuân Chiến(2008), “ Nghiên cứu vật liệu từ cấu trúc Nanô dạng hạt có hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (GMR) chế tạo bằng công nghệ nguội nhanh”, Luận án tiến sĩ Vật lý, Đại học Bách khoa Hà Nội.
[2]. Mai Xuân Dương(2000), “Nghiên cứu mối quan hệ giữa thành phần –
cấu trúc – tính chất từ của các hợp kim vô định hình và nanô tinh thể”,
Luận văn tiến sĩ Vật lý, Đại học Bách khoa Hà Nội.
[3]. Nguyễn Hữu Đức(2003), “Vật liệu từ liên kim loại”, Nhà xuất bản Đại
học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
[4]. Nguyễn Hữu Đức(2008), “Vật liệu từ cấu trúc nanô và điện tử học
Spin”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
[5]. Đỗ Thị Hương Giang, Phạm Văn Thạch, Nguyễn Hữu Đức "Hiệu ứng
từ -điện khổng lồ trên vật liệu multiferroics PZT/FeCoBSi dạng tấm và ứng dụng chế tạo sensơ đo từ trường độ nhạy cao”, Báo cáo tại hội
nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ 5, Vũng tàu.
[6]. Shuxiang Dong, Junyi Zhai, Jiefang Li, and D. Viehland, Appl. Phys.
Lett. 89 (2006) 252904
[7]. D.T. Huong Giang and N.H. Duc, Sensor and Actuator, A149 (2009) 229. [8]. Do Thi Huong Giang(2005), “ Fabrication and study of giant
magnetostrictive single layer and multilayer fimls based on TbFeCo alloy”, Physics – Materials Science.
[9]. J.P. Joule, Philosophical Magazine, 30 (1847) 76.
[10]. J. Ryu, S. Priya, K. Uchino, H. Kim and D. Viehland, J. Korean Ceramic Society 9 (2002) 813.
[11]. N.H. Duc and D.T. Huong Giang, J. Alloys Compounds. 449, 214 (2008).