Dị hƣớng từ tinh thể

Dị hƣớng từ tinh thể là dạng năng lƣợng trong các vật liệu từ có nguồn gốc liên quan đến tính đối xứng tinh thể và sự định hƣớng của mômen từ. Trong tinh thể, mômen từ luôn có xu hƣớng định hƣớng theo một phƣơng ƣu tiên nào đó của tinh thể tạo nên khả năng từ hóa khác nhau theo các phƣơng khác nhau của tinh thể, đó là tính dị hƣớng từ.

Trong tinh thể thƣờng tồn tại một (hoặc một số) phƣơng mà độ từ hóa luôn có xu hƣớng định hƣớng theo, quá trình từ hóa diễn ra dễ nhất theo phƣơng này và đƣợc gọi là trục dễ từ hóa. Khi từ hóa theo phƣơng vuông góc với trục dễ thì quá trình từ hóa sẽ khó xảy ra hơn và trục đó gọi là trục từ hóa khó.

Năng lƣợng dị hƣớng từ tinh thể đƣợc định nghĩa là năng lƣợng cần thiết để quay mômen từ từ hƣớng trục dễ sang hƣớng của trục khó. Cách hiểu đơn giản về dị hƣớng từ tinh thể là năng lƣợng liên quan đến tính đối xứng tinh thể. Nhƣng về thực chất, năng lƣợng dị hƣớng từ tinh thể là dạng năng lƣợng có nguồn gốc từ liên kết giữa mômen từ spin và mômen từ quỹ đạo (liên kết spinquỹ đạo) và do sự liên kết của quỹ đạo điện tử với sự sắp xếp của các nguyên tử trong mạng tinh thể (tƣơng tác với trƣờng tinh thể). Dị hƣớng từ tinh thể mô tả định hƣớng của độ từ hóa. Năng lƣợng dị hƣớng từ tinh thể đƣợc biểu diễn bởi chuỗi các hàm liên quan tới góc giữa véctơ mômen từ và trục dễ từ hóa.

17

Với tinh thể có đối xứng lập phƣơng thì năng lƣợng dị hƣớng từ lại phụ thuộc vào cosin chỉ phƣơng của véctơ mômen từ và các trục tinh thể theo công thức (1.16):

E = K1( + ) + K2. (1.16)

với K1 và K2 là hằng số dị hƣớng từ tinh thể bậc 1, 2..., α1, α2, α3 là các cosin góc chỉ phƣơng giữa véctơ mômen từ và các trục tinh thể.

Bảng 1.7 là các hằng số dị hƣớng từ tinh thể K1 và K2 của một số ferit spinen. Ferit coban và các ferit chứa thành phần coban lớn có các hằng số dị hƣớng lớn hơn đáng kể so với các ferit khác ở cùng nhiệt độ. Ta thấy các giá trị K1, K2 đều tăng về giá trị tuyệt đối khi nhiệt độ giảm. Ở nhiệt độ phòng, ferit Mn có K1 nhỏ nhất vì vậy nó là vật liệu từ mềm điển hình. Với ferit Ni, tính dị hƣớng là nhỏ trong các ferit đã nêu nhƣng khi pha tạp thêm các nguyên tố đất hiếm có bán kính lớn, dị hƣớng từ sẽ có sự thay đổi khá rõ nét do các ion đất hiếm gây ra hiện tƣợng méo mạng tinh thể.

Bảng 1. 7. Hằng số dị hướng từ tinh thể của một số ferit có cấu trúc spinen [134].