Các vật liệu liên kim loại đất hiếm-kim loại chuyển tiếp
5.1. Cấu trúc từ
Quy luật đầu tiên đã đ−ợc phát hiện khi nghiên cứu các hợp chất liên kim loại R-T (với T = Fe, Co và Ni) là qui luật về liên kết phản sắt từ giữa các spin 3d và 4f. Nếu chú ý thêm liên kết giữa mômen spin (S) và mômen quỹ đạo (L) của các nguyên tố đất hiếm nhẹ LR ( J = |L − S|) và đất hiếm nặng HR (J = L +
S) ta có thể giải thích đ−ợc rằng: trong các hợp chất LR-T, các mômen từ của hai phân mạng LR và T sắp xếp song song còn trong các hợp chất HR-T chúng sắp xếp phản song song. Cấu trúc từ nh− vậy đ−ợc minh họa trên hình 5.1. Các ví dụ cụ thể trình bày trên hình 5.2. Nhận thấy rằng, với cấu trúc từ nh−
vậy, các hợp chất LR-T th−ờng có từ độ cao hơn trong các hợp chất HR-T (xem hình 5.3). Do đó, đối với các ứng dụng cần có độ
(b) Hợp chất LR - T S4f S3d L4f MT MLR MT MHR Hợp chất HR - T L4f S4f S3d λLS λLS (a)
Hình5.1. Cấu trúc từ trong các hợp chất LR-T và HR-T: (a) cấu hình spin và (b) cấu hình từ độ
Hình 5.2. Mômen từ trong các hợp chất YCo5, GdCo5 và SmCo5
Mexp - giá trị mô men từ thực nghiệm
Mcal - giá trị mô men từ lý thuyết
từ d− (hoặc từ độ bão hoà) cao nh− các nam châm vĩnh cửu, các vật liệu LR-T có −u thế hơn (ví dụ nam châm vĩnh cửu SmCo5, Nd2Fe14B).
Hình 5.3. Mômen từ tính cho một đơn vị công thức (đ.v.c.t - formular unit) của các hợp chất trong d∙y các hợp chất RCo5 và R2Fe14B
Cơ chế t−ơng tác trao đổi 3d-4f lần đầu tiên đ−ợc Campbell đề xuất vào năm 1972 [5.1], xuất phát từ những nhận xét hoàn toàn có tính chất hiện t−ợng luận. Ông cho rằng trong các nguyên tố đất hiếm có hóa trị 3 (R3+), các điện tử 5d1,6s2 có thể coi t−ơng tự nh− các điện tử 3d của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp đầu dãy (LT), trong khi đó các nguyên tố Fe, Co, Ni là các nguyên tố kim loại chuyển tiếp cuối dãy (HT). Mômen spin của hai nửa phân nhóm này phải sắp xếp phản song song với nhau (xem thêm hình 3.6c). Thêm vào đó, ta biết rằng tích phân trao đổi Γ4f-5d là tích phân trao đổi nội nguyên tử nên có dấu d−ơng, nghĩa là sắp xếp của các mômen spin S4f và S5d làsong song. Kết quả là các thành phần tham gia vào cơ chế t−ơng tác 3d-4f có thể đ−ợc trình bày lại rõ ràng hơn nh− trên
hình 5.4. Trong cơ chế này, nh− đã nói ở trên, nhận xét về liên kết phản sắt từ giữa các spin S3d và S5d hoàn toàn chỉ là nhận xét mang tính hiện t−ợng luận. Hiện nay, sự hình thành của liên kết đó đã đ−ợc giải thích theo cơ chế của hiệu ứng lai hóa [5.2, 5.3]. Điều này sẽ đ−ợc trình bày sau đây.