c. Sự kết hợp dị h−ớng từ của Co với dị h−ớng của các đất hiếm vừa nêu cho ta giá trị kỷ lục về dị h−ớng từ đơn trụ
5.7. Tính chất từ của các vật liệu R-T trong trạng thái vô định hình
thái vô định hình
Trong vật rắn tinh thể, trật tự của các nguyên tử đ−ợc quy định bởi tính đối xứng tinh thể. Không gian xung quanh các nguyên tử có cấu tạo hoàn toàn đồng nhất. Nói cách khác, tinh thể có trật tự xa. Do sự sắp xếp có trật tự của các nguyên tử nên trong các vật rắn tinh thể có một đặc tính quan trọng là tính dị h−ớng. Khi đó chỉ cần biết tính chất của một vài vị trí nguyên tử ta cũng đủ khả năng để mô tả tính chất cho cả mạng tinh thể.
Khác với tinh thể, trong vật rắn vô định hình không tồn tại đối xứng tinh thể và về nguyên tắc có thể nói rằng mỗi nguyên tử thiết lập cho mình một ô mạng đặc tr−ng. Tuy nhiên, do giá trị của mật độ khối, độ lớn của mômen từ và một vài tính chất khác của chúng vẫn gần giống với hợp chất tinh thể nên ng−ời ta vẫn giả thiết rằng trong các hợp chất vô định hình, một trật tự gần (hoặc cấu trúc địa ph−ơng) của các nguyên tử vẫn còn tồn tại t−ơng tự nh− trong các hợp chất tinh thể. Trật tự này có thể tồn tại trên một khoảng cách lên tới cỡ 1 nm. Do không có trật tự xa, các vật liệu vô định hình có thể xem là đẳng h−ớng.
Cấu trúc từ của vật liệu đ−ợc quy định bởi t−ơng tác tr−ờng tinh thể (dị h−ớng từ) và t−ơng tác trao đổi (tr−ờng phân tử), do đó chịu ảnh h−ởng rất mạnh của trật tự nguyên tử. Trong các
vật liệu tinh thể, trật tự xa của các nguyên tử làm cho các tính chất của hợp chất có tính dị h−ớng (nh−ng đồng nhất): các mômen từ sắp xếp cộng tuyến (song song hoặc phản song song) dọc theo các ph−ơng từ hóa dễ (hình 5.36).
Sắt từ Phản sắt từ Ferit từ
Hình 5.36. Các cấu trúc từ cộng tuyến trong các hợp chất có cấu trúc tinh thể
Trong các vật liệu vô định hình, dị h−ớng từ có tính địa ph−ơng, tức là mỗi một vùng trật tự gần có một ph−ơng dễ từ hóa riêng biệt. Khi đó, nếu năng l−ợng dị h−ớng từ nhỏ hơn năng l−ợng t−ơng tác trao đổi, sự sắp xếp của các mômen từ sẽ đ−ợc quyết định bởi t−ơng tác trao đổi, tức là có cấu trúc cộng tuyến. Trong tr−ờng hợp năng l−ợng dị h−ớng từ lớn hơn năng l−ợng t−ơng tác trao đổi, các mômen từ sẽ sắp xếp hỗn độn theo sự phân bố của các trục từ hóa dễ địa ph−ơng ở trong mẫu. Đặc điểm này của cấu trúc vô định hình đã dẫn đến việc xuất hiện của các cấu trúc từ trong đó các mômen từ sắp xếp không cộng tuyến với nhau. Đó là cấu trúc aspero từ, spero từ, asperi và speri từ (xem hình 5.37). Trong đó cấu trúc aspero từ có thể xem
nh− là một chất sắt từ hỗn loạn (random ferromagnet) còn spero từ t−ơng ứng với chất phản sắt từ hỗn loạn (random
antiferromagnet). Speri từ xuất hiện trong các hợp chất có hai
phân mạng trong đó mômen từ của hai phân mạng là khác nhau, có thể sắp xếp phản song song với nhau (hình 5.37c) hoặc song song với nhau (hình 5.37d).
(a) aspero từ (b) spero từ (c) asperi từ (d) speri từ
Hình5.37. Các cấu trúc từ không cộng tuyến trong các hợp chất vô định hình
Trong trạng thái vô định hình, tuỳ theo mức độ đóng góp của dị h−ớng từ địa ph−ơng và t−ơng tác trao đổi, cấu trúc từ giữa các mômen từ R và T sẽ bị thay đổi. Cụ thể, ta sẽ có sáu nhóm cấu trúc từ cho các hợp kim R-T này nh− sau [5.24] (xem hình 5.38):
− Mômen từ trong cả hai phân mạng R(Gd) và T(Co) đều có cấu trúc cộng tuyến (hình 5.38a).
− Mômen từ trong phân mạng R (Gd) là cộng tuyến còn mômen từ trong phân mạng T(Fe) có cấu trúc aspero do có sự thăng giáng khoảng cách dFe-Fe và do đó có sự thăng giáng của c−ờng độ t−ơng tác trao đổi Fe-Fe (hình 5.38b).
− Phân mạng LR(Sm) là aspero và phân mạng T(Co) là cộng tuyến (hình 5.38c).
− Phân mạng HR(Tb) là aspero và phân mạng T(Co) là cộng tuyến (hình 5.38d).
− Cả hai phân mạng LR(Sm) và T(Fe) đều là aspero (hình 5.38e).
− Cả hai phân mạng HR(Tb) và T(Fe) đều là aspero (hình 5.38f).
Cấu trúc speri từ là nguyên nhân làm giảm mômen từ bão hoà của các phân mạng và do đó làm giảm năng l−ợng t−ơng tác
trao đổi. Đặc biệt, nó còn gây cho quá trình từ hóa rất khó đạt đ−ợc bão hoà do phải tốn nhiều năng l−ợng để khép nhỏ góc “côn” của cấu trúc speri từ và định h−ớng mômen từ đất hiếm theo ph−ơng từ tr−ờng ngoài (xem hình 5.39), làm giảm nhiệt độ Curie (hình 5.40). (a) Fe Gd Co Gd Sm Co Co Tb Sm Fe (e) (c) (d) Fe Tb (f) (b)
Hình5.38. Các cấu trúc từ trong các vật liệu a-RT [5.23]
Cần l−u ý rằng, đối với các hợp chất có cấu trúc speri-từ, khi sử dụng Hamiltonian Heisenberg, góc "côn" ϕij giữa các mômen từ cần phải đ−ợc xem xét và xử lý một cách chi tiết. Trong tr−ờng hợp đó, thay cho các biểu thức th−ờng sử dụng cho hệ các spin cộng tuyến (xem ph−ơng trình (5.7))