6. Nội dung nghiên cứu
3.2. Tính chất từ của vật liệu tổ hợp CoFe2O4/BiFeO3
Hình 3.3 biểu diễn các vòng từ trễ, M(H), của các mẫu tổ hợp CFO/BFO với các tỷ lệ nồng độ mol CFO:BFO thay đổi từ 10:0 đến 10:5 bằng cách áp dụng từ trƣờng ngoài lên đến 11 kOe tại nhiệt độ phòng. Rõ ràng, tất cả các vật liệu tổng hợp đều thể hiện các vòng từ trễ có đặc tính sắt từ hoặc ferrite. Đặc tính sắt từ của vật liệu tổ hợp CFO/BFO chủ yếu do sự
38
đóng góp của pha spinel CFO [72], vì BFO có bản chất phản sắt từ loại G tại nhiệt độ phòng hoặc thể hiện tính sắt từ yếu và có xu hƣớng thể hiện hiệu ứng giống nhƣ một chất siêu thuận từ tại nhiệt độ phòng [74] (nhƣ hình nhỏ chèn trong Hình 3.3).
Hình 3.3. Đƣờng cong từ độ phụ thuộc vào từ trƣờng ngoài M(H) của các mẫu tổ hợp CFO/BFO tại nhiệt độ phòng. Hình nhỏ chèn dƣới là đƣờng cong M(H)
của hợp chất multiferroic BFO.
Bảng 3.1. Các giá trị từ độ bão hòa MS, độ từ dƣ Mr và lực kháng từ HC của tất cả các mẫu tổ hợp CFO/BFO.
Tên mẫu MS (emu/g) Mr (emu/g) HC(Oe)
CB0 42,552 14,287 1028,272 CB1 42,112 10,467 757,410 CB2 17,916 3,132 245,782 CB3 11,971 2,674 185,590 CB4 10,760 2,215 175,559 -10000 -5000 0 5000 10000 -40 -20 0 20 40 -10000 -5000 0 5000 10000 -0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 H (kOe) M ( em u/g ) BFO H (kOe) M ( em u/g ) CB0 CB1 CB2 CB3 CB4 CB5
39
CB5 7,269 1,452 276,516
BFO 0,033 - -
Các giá trị từ độ bão hòa MS, độ từ dƣ Mr và lực kháng từ HC của tất cả các mẫu thu đƣợc từ đƣờng cong M(H) đƣợc liệt kê trong Bảng 3.1. Mẫu CBO, hợp chất CoFe2O4 khi chƣa tổ hợp cùng BiFeO3, cho thấy giá trị độ từ hóa bão hòa cao nhất (MS = 42,522 emu/g) và độ từ dƣ (Mr = 14,287 emu/g), trong khi giá trị độ từ hóa bão hòa của vật liệu BFO là 0.033 emu/g. Kết quả thực nghiệm của chúng tôi cho thấy độ từ hóa bão hòa và độ từ dƣ của hệ vật liệu tổ hợp CFO/BFO giảm dần khi tăng nồng độ mol của pha BFO trong hợp chất. Mặt khác, lực kháng từ HC của các pha CFO đơn chất đƣợc chúng tôi xác định có giá trị là 1028,272 Oe. Tuy nhiên, giá trị của lực kháng từ có xu hƣớng giảm đi theo nồng độ BFO tăng, chứng tỏ tính ferrite của các mẫu tổ hợp giảm dần. Điều này có thể đƣợc giải thích là do sự xuất hiện của tƣơng tác từ đàn hồi giữa hai pha ferrite spinel và perovskite multiferroic trong vật liệu nano tổ hợp. Tƣơng tác này xảy ra do sự dịch chuyển vách đô-men, sự quay của các mô-men từ trong vách đô-men của pha từ giảo CFO và liên quan trực tiếp đến hiệu ứng điện – từ ME trong vật liệu tổ hợp multiferroic, tƣơng tự nhƣ thảo luận của Liu và cộng sự [75]. Trong báo cáo của Zhu và cộng sự [76], hệ số liên kết điện từ ME có thể xác định đƣợc thông qua việc áp dụng một từ trƣờng ngoài sử dụng phƣơng pháp VFM (variable field module) để kiểm tra những thay đổi xảy ra tại biên pha trong vật liệu tổ hợp CFO/ BFO. Báo cáo cũng chỉ rõ việc xác định hệ số liên kết điện từ ở kích thƣớc nano bằng kỹ thuật này là rất khó. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy có sự phân tán của các miền đô-men sắt điện và sắt từ trong các hợp chất đơn ban đầu. Các miền đô-men khác nhau có sự phân tán và sau đó liên kết lại với nhau, dẫn đến sự biến đổi của các vùng sắt điện trong hợp chất nền BFO dƣới tác dụng của từ trƣờng ngoài. Sự chuyển đổi của các đô-men sắt điện nhƣ
40
quan sát đƣợc gây ra gián tiếp thông qua tƣơng tác cơ học giữa các biến dạng trong pha áp điện BFO và pha từ giảo CFO.