Các vật liệu liên kim loại đất hiếm-kim loại chuyển tiếp
5.4.1. Dị h−ớng từ tinh thể trong các hợp chất R-T
Sự phân bố của các điện tử từ, nh− đã giới thiệu trong ch−ơng III và ch−ơng IV, do t−ơng tác trao đổi và t−ơng tác spin-quỹ đạo, luôn luôn có xu h−ớng phá vỡ đối xứng cầu. Mức độ biến dạng của phân bố hình cầu đ−ợc đặc tr−ng bằng dấu của hệ số Stevens αJ (xem hình 4.7, ch−ơng IV). Sự phân bố của điện tử cũng đ−ợc xác định bởi tr−ờng tinh thể của môi tr−ờng điện tích xung quanh. Chính sự phân bố này cũng không có đối xứng cầu, nhất là trong các tr−ờng hợp đối xứng đơn trục ta sẽ xét sau đây. Các cấu trúc này có hai dạng khác nhau với hai “hộp” thế năng đ−ợc đặc tr−ng bằng hệ số 0
2
A có dấu khác nhau (xem ch−ơng IV). Khi 0
2
A > 0, các điện tích của môi tr−ờng có dấu âm (sẽ đẩy các điện tử từ) nằm trên trục c; “hộp” thế bao quanh ion R nằm vuông góc với trục c (hình 5.19a). Khi 0
2
A < 0, các điện tích môi tr−ờng dọc trục c mang dấu d−ơng (sẽ hút các điện
tử từ), do đó “hộp” thế bao quanh ion R bây giờ kéo dài dọc theo trục c (hình 5.19b).
Hình 5.19. Thế năng tĩnh điện tạo bởi các điện tích của môi tr−ờng tinh thể trong tr−ờng hợpA02> 0 (a) và A20< 0 (b) [5.8]
Trong một dãy các hợp chất R-T (T cố định, R thay đổi), cấu trúc tinh thể giống nhau, vì vậyA20 sẽ không thay đổi. Trong tr−ờng hợp này, “hộp” thế năng có dạng giống nhau nh−ng trục từ hóa dễ còn phụ thuộc vào hệ số αJ. Ví dụ, khi 0
2
A < 0 mômen từ của các điện tử 4f đều h−ớng theo trục c đối với các nguyên tố R có αJ > 0. Đó là tr−ờng hợp của SmCo5 (xem hình 5.20a). Ng−ợc lại, mômen từ 4f sẽ vuông góc với trục c với các nguyên tố có αJ < 0 khác. Trong tr−ờng hợp 0
2
A > 0 (tr−ờng hợp của các hợp chất R2Fe14B) trục c là trục dễ với αJ < 0 (R = Nd và Pr), nh− đã minh họa trên hình 5.20b.
Trong các hợp chất R-T, các vật liệu có thể chế tạo đ−ợc nam châm vĩnh cửu nếu thoả mãn ba điều kiện:
(i) Thành phần hợp chất ổn định và có nhiệt độ Curie cao. (ii) Có mômen từ bão hòa lớn
(iii) Có dị h−ớng từ đơn trục và có giá trị đủ lớn.
Hình 5.20. Sự hình thành trục từ hóa dễ theo trục c trong hai tr−ờng hợp 0
2
A > 0, αJ < 0 (a) vàA20< 0, αJ > 0 (b) [5.8]
Thoả mãn ba điều kiện này th−ờng là các hợp chất R-T giàu nồng độ 3d. Tr−ớc hết, đó là các hợp chất hai nguyên RCo5 và R2Co17. Tiếp đó có thể kể đến các hợp chất R-Fe và R-Fe-B,...