c) phải là trục từ hóa dễ Trong các hợp chất RCo5,
4.4.1. Cấu trúc từ của các kim loại đất hiếm nặng
Cấu trúc từ của các kim loại đất hiếm (và các hợp chất với các nguyên tố không từ tính của chúng) đ−ợc hình thành do sự cạnh tranh giữa t−ơng tác RKKY giữa các mômen từ 4f và hiệu ứng tr−ờng tinh thể (CFE). Trong tr−ờng hợp t−ơng tác trao đổi đủ mạnh để thiết lập trật tự sắt từ, t−ơng tác tr−ờng tinh thể chỉ có vai trò đơn giản là xác định định h−ớng của mômen từ dọc theo trục từ hóa dễ. Cấu trúc từ của các nguyên tố đất hiếm nặng đ−ợc minh họa trên hình 4.9.
Đối với Gadolini (Gd), trục từ hóa dễ là trục c của cấu trúc lục giác tồn tại ở vùng nhiệt độ 243 K ≤ T ≤ 293,4 K. Trục từ hóa dễ của Gd chuyển khỏi trục c khi T < 243 K.
Đối với Terbium (Tb), cấu trúc hêli từ đã xuất hiện trên mặt phẳng vuông góc với trục c trong khoảng nhiệt độ 219,5 K ≤
T ≤ 231,5 K. Đó là do t−ơng tác giữa các mômen từ của các lân cận gần nhất có giá trị d−ơng, nh−ng t−ơng tác với các nguyên tử thuộc lớp thứ hai có giá trị âm. T−ơng tác với lớp nguyên tử thứ hai này có c−ờng độ đủ lớn, do đó đã có thể phá vỡ đ−ợc cấu trúc sắt từ trong một khoảng nhiệt độ nào đó. ở d−ới 219,5 K, kim loại Tb là chất sắt từ với trục từ hóa dễ là trục b trong mặt phẳng đáy. Kết quả thực nghiệm nghiên cứu các chuyển pha từ bằng phép đo sự phụ thuộc nhiệt độ của hệ số từ hóa động đ−ợc chỉ ra trên hình 4.10 cho Gd và Tb.
Dyspros (Dy) cũng có cấu trúc sắt từ xoắn (hêli từ) ở 89 K ≤
T ≤ 179 K. D−ới vùng nhiệt độ này, trục từ hóa dễ của Dy là trục a. Đ−ờng cong từ-nhiệt đo dọc theo trục a của đơn tinh thể
TC và TN phụ thuộc rất mạnh vào từ tr−ờng ngoài đặt vào. Trên hình 4.12 giới thiệu các đ−ờng cong từ hóa đẳng nhiệt đo đ−ợc trong vùng nhiệt độ tồn tại cấu trúc hêli từ của Dy. Nhận thấy rằng, khi đặt từ tr−ờng ngoài vào dọc trục a, từ độ chỉ tăng dần lên, đến khi từ tr−ờng đạt giá trị tới hạn chuyển pha spin flip xảy ra, từ độ tăng lên đột ngột và trạng thái sắt từ đ−ợc thiết lập.
Trật tự từ của kim loại Holmiu (Ho) cũng xuất phát từ một pha cấu trúc từ xoắn nh− Tb nh−ng bắt đầu ở nhiệt độ thấp hơn nhiều (TN = 132 K). ở nhiệt độ thấp (T < 20 K) cấu trúc này chuyển thành cấu trúc “côn” và góc lệch giữa các mômen từ với trục c khoảng 800. Nh− vậy, ở nhiệt độ thấp Ho cũng có một thành phần phản sắt từ trong mặt phẳng và một thành phần sắt từ song song với trục c.
Hình4.10. Đ−ờng cong hệ số từ hóa động χac phụ thuộc vào nhiệt độ của Gd và Tb [4.9].
TC - Nhiệt độ Curie, TN - nhiệt độ Néel và TSR - nhiệt độ tái định h−ớng spin
Hình4.11. Đ−ờng cong từ nhiệt đo theo ph−ơng trục a ở các từ tr−ờng khác nhau cho Dy [4.10]
Hình4.12. Các đ−ờng từ hóa đẳng nhiệt đo theo ph−ơng trục a trong vùng nhiệt độ tồn tại cấu trúc hêli từ của Dy [4.10]
Nh− đã trình bày trên hình 4.9, khi bắt đầu thiết lập trật tự từ (T < 85 K). Erbium (Er) có cấu trúc từ dao động (kiểu hình sin) dọc theo trục c. Đến khi T = 52 K cấu trúc từ chuyển sang kiểu đômen phản pha (antiphase domain magnetic structure). Cuối cùng, ở T < 20 K, cấu trúc “côn” sắt từ đ−ợc thiết lập với góc lệch của mômen từ và trục c chỉ vào khoảng 30o; mômen từ đạt giá trị 7,6 àB/at (tức là 84% của giá trị toàn phần của chúng). Đ−ờng cong từ nhiệt đo dọc theo trục c của đơn tinh thể Er đ−ợc trình bày trên hình 4.13. Kết quả này hoàn toàn t−ơng tự nh− kết quả trình bày trên hình 4.11 cho Dy.
Hình4.13. Đ−ờng cong từ nhiệt đo theo ph−ơng trục c ở các từ tr−ờng khác nhau cho Er [4.11]
Trong tr−ờng hợp của Thulium (Tm), mômen từ sắp xếp theo cấu trúc biến điệu kiểu hình sin (dọc theo trục c) với TN = 58 K (t−ơng tự nh− Er). ở d−ới 38 K, sự biến điệu đó thay đổi theo dạng hình xung vuông (có b−ớc rõ rệt) và thiết lập nên cấu
trúc kiểu nh− feri-từ ở T = 4,2 K. Đó là cấu trúc tuần hoàn lần l−ợt với 4 mômen từ h−ớng lên trên và 3 mômen từ h−ớng xuống d−ới.