Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3. Cỏc kết quả về tớnh chất từ
3.3.1. Tớnh chất từ trong từ trường một chiều
Hỡnh 3. 8 là đường từ trễ của cỏc mẫu đo ở nhiệt độ 300 K. Mẫu CF4 cú từ độ cao nhất 70 emu/g, nhưng giỏ trị này vẫn nhỏ hơn so với vật liệu khối 80 emu/g[5]. Mẫu CF1 và CF2 cú kớch thước 10 nm và giỏ trị Hc gần như bằng 0 nờn chỳng biểu hiện trạng thỏi siờu thuận từ ở nhiệt độ phũng
Hỡnh 3.7. Phổ FTIR của mẫu bọc và khụng bọc PMAO (CF3).
[26]. Kết quả này phự hợp với cụng bố của nhúm nghiờn cứu [17] cho hệ mẫu CoFe2O4cú kớch thước dưới 10 nm. Tớnh sắt từ được biểu hiện trờn mẫu CF3 và CF4 với Hc từ 40 Oe và 480 Oe và kớch thước hạt nằm ngoài vựng giới hạn siờu thuận từ. -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 -1 104 -5000 0 5000 1 104 CF4 CF3 CF2 CF1 M ( em u/g ) H (Oe) -50 0 50 -500 0 500 CF4 CF3 CF2 CF1 M ( e m u /g ) H (Oe) 100 150 200 250 300 350 400 450 0 1 2 3 4 5 6 FC ZFC T (K) M ( em u /g) TB
Hỡnh 3.8. Đường từ trễ của mẫu CF1, CF2, CF3 và CF4. Hỡnh nhỏ bờn trong
là đường từ trễ ở từ trường thấp.
Hỡnh 3.9. Đường cong M (T) của mẫu CF1, CF2, CF3 và CF4 đo theo chế
độ FC-ZFC ở từ trường 100 Oe.
Từ hỡnh 3.8 cho thấy cả Msvà Hc đều cú xu hướng tăng khi kớch thước hạt tăng. Mscú giỏ trị thấp cho cỏc hạt cú kớch thước nhỏ và đạt được giỏ trị
lớn nhất ở kớch thước 20,6 nm. Kết quả này cũng phự hợp với nghiờn cứu của Xu và cộng sự [27]. Cỏc giỏ trị Ms và Hc được liệt kờ trong Bảng 3.2.
Hỡnh 3.9 là đường từ độ phụ thuộc vào nhiệt độ đo theo chế độ FC và ZFC tại từ trường 100 Oe. Cỏc mẫu CF1, CF2 và CF3 đều cú điểm cực đại (nhiệt độ khúa TB) trờn đường ZFC. Khi nhiệt độ tăng, năng lượng nhiệt phỏ
vỡ dần sự đúng băng cỏc mụmen từ và giỳp chỳng định hướng theo từ trường ngoài. Do đú, từ độ tổng cộng của cỏc hạt tăng dần và đạt giỏ trị cực đại tại TB trờn đường ZFC, tại đú năng lượng nhiệt cú thể so sỏnh với năng lượng dị hướng và sự đúng băng của mụmen từ bị phỏ vỡ hoàn toàn. Khi tiếp tục tăng nhiệt độ trờn giỏ trị TB, năng lượng nhiệt chiếm ưu thế và phỏ vỡ dần sự định hướng theo từ trường ngoài của cỏc mụmen từ. Vỡ vậy, giỏ trị từ độ trờn
đường ZFC giảm dần. Mẫu CF4 khụng thể hiện điểm cực đại trờn đường ZFC trong khoảng nhiệt độ đo, nguyờn nhõn sẽ được thảo luận sau.
Bảng 3.2. Giỏ trị Ms, Hc, Mr/Ms, Keff và TB của mẫu CoFe2O4.
Mẫu Ms (emu/g) Hc (Oe) Mr/Ms Keff (erg/cm3) TB (K)
CF1 32 2 0,015 4,7 x 106 185
CF2 46 5 0,016 3,2 x 106 250
CF3 56 40 0,035 2,1 x 106 335
CF4 70 480 0,228 5,3 x 105 -
Cú thể thấy rằng, khi kớch thước hạt tăng giỏ trị TB cũng tăng đỏng kể từ 185 K cho mẫu CF1 đến 335 K cho mẫu CF3, hiện tượng này cũng được quan sỏt trờn hệ mẫu CoFe2O4 của một số nhúm nghiờn cứu [15, 25]. Ở hệ hạt nano này, sự dịch chuyển TB được cho là do tăng năng lượng dị hướng gõy ra bởi cỏc hạt cú kớch thước lớn, điều này làm giảm xỏc suất vượt qua hàng rào dị hướng và do đú TB dịch về phớa nhiệt độ cao hơn [15]. Mối tương quan giữa
TB với D trong nghiờn cứu của chỳng tụi phự hợp với lý thuyết SW[16] và kết
quả nghiờn cứu của nhúm tỏc giả [16]. Với mẫu CF4 khụng thấy xuất hiện TB trờn đường ZFC ở quanh nhiệt độ phũng, điều này cú thể liờn quan đến kớch thước hạt, phõn bố kớch thước hạt của mẫu này. Để quan sỏt thấy TB cần thực hiện phộp đo M(T) trong dải nhiệt độ rộng hơn. Khi đú năng lượng nhiệt đủ để phỏ vỡ định hướng của cỏc momen từ.
Trong trường hợp hạt nano SPM hoặc đơn đụmen, hằng số dị hướng hiệu dụng (Keff) được tớnh bằng cụng thức (3.1). Cỏc giỏ trị Keffcủa CF1, CF2, CF3 là 4,7 x 106 erg.cm-3; 3,2x106 erg.cm-3 và 2,1 x 106 erg.cm-3. Với mẫu CF4, Keff được tớnh bằng cụng thức [26]. Keff = MsHc 0,96[1−( DSP DTEM) 2,25 ](1−p) (3.1)
với DSP = 7 nm là kớch thước tới hạn siờu thuận từ của hệ hạt nano CoFe2O4, p = 0,65 (0,634 p 0,659 cho cỏc hạt hỡnh cầu cú dị hướng ngẫu nhiờn). Với cỏch tớnh này mẫu CF4 cú Keff là 5,3x105 erg.cm-3. Cỏc giỏ trị này cú thể so sỏnh với hằng số dịhướng của mẫu CoFe2O4 ở dạng khối ((1,8- 3,0)x106 erg.cm-3)[23].
Giỏ trị Keff thu được trờn hệ hạt nano CoFe2O4 tăng lờn cựng với quỏ trỡnh giảm kớch thước hạt và thường thấy ở cỏc hệ hạt nano từ khỏc cú thể do sự đúng gúp đỏng kể của dị hướng bề mặt (KS) [13]. Ngoài dị hướng từ tinh thể (KV), KS đó được thờm vào để giải thớch Keff phụ thuộc vào
kớch thước hạt. Trong trường hợp cỏc hạt hỡnh cầu với đường kớnh DTEM, Keff
được biểu diễn là tổng của KV và KS được viết dưới dạng cụng thức sau [17]:
Keff = KV + (6/DTEM)KS (3.2)
Sử dụng cỏc giỏ trị Keff ở Bảng 3.2, sự phụ thuộc của Keff với nghịch đảo của kớch thước hạt được biểu diễn trờn Hỡnh 3.10. Cỏc kết quả thu được từ thực nghiệm được làm khớp hàm theo cụng thức (3.2) ta thu được giỏ trị dị hướng tinh thể (KV) và dị hướng bề mặt (KS) tương ứng là 1,3x106 erg.cm-3 và 6,3x106 erg.cm-2. Như vậy, giỏ trị KV nhận được gần với giỏ trị hằng số dị
hướng của mẫu khối như đó nờu ở trờn.
0 1 2 3 4 5 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 K eff K ef f (1 0 6 er g /c m 3 ) 1/d (nm-1) K v = 1.31 x 106 erg/cm3 K s = 6.3 X 106 erg/cm2 Hỡnh 3.10. Sự phụ thuộc hằng số dị hướng vào tỷ lệ nghịch của kớch thước hạt (DTEM).