Từ tính của các kim loại chuyển tiếp và hợp kim của chúng
3.2.2. Mô hình hoá trị từ
Các kết quả thực nghiệm biểu diễn trên đ−ờng cong Slater - Pauling có thể mô tả thành một đ−ờng cong tổng quát hơn dựa trên khái niệm hoá trị từ. Đó cũng là một cách giải thích khác của Fridel. Khái niệm hoá trị từ có thể trình bày nh− sau [3.5].
Gọi n+ và n− là số điện tử d và s, p chiếm trong các phân
vùng spin thuận và spin nghịch của các kim loại Fe, Co, Ni. Khi đó, hoá trị hoá học đ−ợc viết:
Z = n+ + n− . (3.30) Còn mômen từ (tính theo đơn vị àB) sẽ là:
m = n+ – n− = 2n+ – Z . (3.31) Trong tr−ờng hợp Co và Ni (hay nói tổng quát trong tr−ờng hợp sắt từ mạnh), số điện tử nd+ trong phân vùng spin thuận
của mỗi nguyên tử là 5, vì phân vùng d này đ−ợc lấp đầy hoàn toàn. Hoá trị từ đ−ợc định nghĩa nh− sau:
Zm = 2nd+ – Z. (3.32)
Khi đó mô mentừ đ−ợc viết:
m = Zm + 2nsp+, (3.33) với nsp+ = n+ – nd+ là số điện tử có spin thuận trong các vùng s và
p. nsp+ là một hằng số phụ thuộc vào các hợp chất cụ thể.
Trong các hợp kim với các nguyên tố có tính chất sắt từ mạnh các nguyên tố LT sẽ tạo nên các trạng thái d ở trên mức Fermi, tức là sẽ lấp vào phân vùng spin nghịch. Nếu gọi x là nồng độ nguyên tử của các nguyên tố LT thì hoá trị từ trung bình sẽ đ−ợc viết:
Zm = 2nd+(1 − x) − ZT(1 − x) − xZLT . (3.34)
ở đây ZT là hoá trị của các nguyên tố có từ tính Fe, Co và Ni: ZFe = 7, ZCo = 8 và ZNi = 9, còn ZLT là hoá trị của các nguyên tố LT không từ tính. Sự phụ thuộc của mômen từ trung bình m vào Zm mô tả bằng ph−ơng trình (3.33) đ−ợc đ−a ra trên hình 3.18. Có thể đ−a ra ba nhận xét sau đây:
(i) Các số liệu thực nghiệm biểu diễn trên hình 3.18 hầu nh− tuân theo qui luật tuyến tính xung quanh đ−ờng thẳng lý thuyết m = Zm + 2nsp+. Một số điểm thực nghiệm nằm d−ới đ−ờng thẳng này đặc tr−ng cho tính sắt từ yếu của các hợp kim t−ơng ứng (vì khi đó nd+ < 5).
(ii) Mô hình hoá trị từ cũng có thể mô tả tốt các hợp chất liên kim loại đất hiếm - kim loại chuyển tiếp. Trong tr−ờng hợp này, tạm quên vai trò của các điện tử 4f, các nguyên tố đất hiếm với cấu hình R(5d16s2) hoặc Y(4d15s2) cũng có thể đ−ợc xem nh−
là các nguyên tố chuyển tiếp đầu dãy LT với ZLT = 3. Sự biến đổi
của giá trị mômen từ thực nghiệm và lý thuyết của một số hợp chất R-Fe cũng đ−ợc minh họa trên hình 3.19.
Hình 3.18. Sự phụ thuộc của mô men từ trung bình vào hoá trị từ trong các hợp kim của các kim loại chuyển tiếp [3.7]
Hình3.19. Sự phụ thuộc của mô men từ trung bình vào hoá trị từ trong các hợp kim của các hợp chất R-Fe [3.5]
(iii) Mô hình hoá trị từ rất đơn giản nh−ng hoàn toàn cho phép đoán nhận đ−ợc một cách định tính sự đóng góp của các điện tử linh động của tất cả các nguyên tố (không phân biệt nguyên tố có từ tính và nguyên tố không có từ tính) vào tính chất từ của hợp kim.