Các màng mỏng từ liên kim loạ
6.6.2. Các màng mỏng từ giảo đơn lớp R-T
Các màng mỏng từ giảo đơn lớp R-T, sau khi chế tạo, th−ờng ở trạng thái vô định hình. Đó là trạng thái có dị h−ớng từ nhỏ nên hy vọng từ giảo bão hoà sẽ đạt đ−ợc ở từ tr−ờng thấp hơn so với trạng thái khối. Theo truyền thống, nghiên cứu về các màng mỏng từ giảo vô định hình cũng th−ờng tập trung vào
các hợp chất của Tb nh− a-TbFe2 (a-Terfenol) và a-TbDyFe2 (a-
Terfenol-D) hoặc cua Sm nh− a-SmFe2. Các hợp chất này, nh−
đã chỉ ra trong ch−ơng V, do có cấu trúc speri từ nên nhiệt độ Curie thấp (TC < 410 K) và từ giảo ở nhiệt độ phòng nhỏ (λS∼
300ì10-6). Trong trạng thái tinh thể, các hợp chất RCo2 có nhiệt độ trật tự từ thấp hơn nhiệt độ phòng nên từ giảo lớn của nó ở nhiệt độ thấp không đ−ợc chú ý nhiều. Trong trạng thái vô định hình, từ tính nội tại (intrinsic) của Co trong hợp chất này xuất hiện, làm tăng nhiệt độ Curie của các hợp chất a-RCo2. Từ giảo của hợp chất này lần đầu tiên đ−ợc nghiên cứu ở Phòng thí nghiệm Louis Néel, Grenoble (Pháp) [6.22]. Giá trị từ giảo của nó hoàn toàn có thể so sánh đ−ợc với từ giảo của các hợp chất a-
Terfenol và a-Terfenol-D. Theo truyền thống, a-TbCo2 cũng đ−ợc đặt tên là a-TercoNéel (Néel chỉ tên phòng thí nghiệm nghiên cứu hợp chất này) [6.21, 6.23].
Để làm tăng từ giảo của các màng mỏng a-RFe và a-RCo, cần phải làm khép bớt góc côn trong cấu trúc speri từ của phân mạng đất hiếm. Một trong các ph−ơng pháp có thể thực hiện đ−ợc điều này là tạo các hợp chất a-R(Fe,Co), trong đó Fe đ−ợc thay thế bởi Co để làm tăng mômen từ MT của phân mạng 3d (xem đ−ờng cong Slater-Pauling, hình 3.17, ch−ơng III) và do đó làm tăng từ tr−ờng phân tử tác dụng lên phân mạng R:
TRT RT R
mol n M
B = .
ý t−ởng này đã đ−ợc thực hiện trên hệ hợp chất a- (Tb0,27Dy0,73)(Fe1-xCox)2 [6.24]. Nh− đã chỉ ra trên hình 6.20, từ giảo (hệ số từ đàn hồi), mômen từ 3d cũng nh− mômen từ của phân mạng đất hiếm MR đều đạt cực đại ở hợp chất có thành phần Fe:Co ≈ 50:50. Cố định thành phần của Fe và Co, sự thay đổi của từ giảo theo thành phần Dy trong hệ hợp chất
a-(Tb1-xDyx)(Fe0,55Co0,45)2 cũng đã đ−ợc khảo sát. Kết quả đ−ợc trình bày trên hình 6.21. Rõ ràng là, cũng t−ơng tự nh− trong trạng thái tinh thể, sự thay thế Dy cho Tb làm giảm từ giảo bão hoà chút ít (do từ giảo của Dy nhỏ hơn từ giảo của Tb) nh−ng ở trong vùng từ tr−ờng thấp từ giảo cũng đạt đ−ợc sự tối −u ở gần thành thành phần Terfenol-D. Điều này có nghĩa là, sự bù trừ dị h−ớng của Tb và Dy cũng xảy ra trong hệ hợp chất vô định hình này. Nh− vậy, trong trạng thái vô định hình, mặc dù chỉ tồn tại dị h−ớng từ địa ph−ơng nh−ng vai trò của hệ số Stevens bậc bốn
βJ đối với hằng số dị h−ớng từ bậc hai trong các vật liệu có cấu trúc lập ph−ơng có vẻ vẫn còn áp dụng đ−ợc (xem lại ch−ơng IV và hình 5.32, ch−ơng V). (a) (b) (c) 40 80 20 10 0 5,0 4,8 4,6 4,4 4,2 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 x Md ( àB /a t.) M R ( àB /a t.) - b ( M p a )
Hình 6.20. Sự phụ thuộc nồng độ Co (x) của hệ số từ đàn hồi (b), mômen từ phân mạng 3d (Md) và phân mạng đất hiếm (MR) trong các màng mỏng
a-(Tb1-xDyx)(Fe0,55Co0,45)2 [6.23]
Hình 6.21. Đ−ờng cong từ giảo của các màng mỏng a-(Tb1-xDyx)(Fe0,55Co0,45)2 [6.25]
Tiếp tục phát huy −u thế của Co và để làm giảm ảnh h−ởng của Dy, các hợp chất vô định hình có nồng độ Tb cao hơn là a- Tb(Fe0,55Co0,45)1,5 (tức là TerfecoHan) đã đ−ợc chế tạo và nghiên cứu. Các hợp chất này cho tính chất từ giảo v−ợt trội: λS∼ 10-3 và đặc biệt độ cảm từ giảo song song χλ// = 1,8ì10-2 T-1 đạt đ−ợc ở từ tr−ờng àοH = 10 mT [6.23], rất khả quan cho ứng dụng.