1.2. Các cơ chế vật lý của hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ
1.2.3. Tổn hao hồi phục Néel
Đối với các hạt đơn đô
men ở trạng thái siêu thuận từ, công suất toả nhiệt được đóng góp
bởi các q trình tổn hao hồi phục Néel và Brown. Trong quá trình tổn hao hồi phục Néel, từ trường
xoay chiều cung cấp năng lượng và giúp các mô men từvượt qua rào năng lượng dị hướng từ. Năng lượng này được giải phóng dưới dạng nhiệt năng khi mô men từ
của các hạt hồi phục vềhướng cân bằng. Hình 1.19 mơ tả q trình tổn hao hồi phục
Néel, đây chính là q trình hồi phục mơ men từ trong đó các hạt nano (hình trịn với nền là các đường thẳng đứng) không quay theo từtrường xoay chiều.
Để phân tích chi tiết về tổn hao hồi phục Néel, ta có thể sử dụng một mơ
hình đơn giản đối với một hạt từ có mơ men từ μ [70]. Mômen từ này chỉ có thể được định hướng theo hai hướng phản song song (hình 1.2), tương ứng với hai mức
năng lượng được tách nhau bởi rào năng lượng dị hướng từ. Giả sử rằng rào năng lượng là tương đối lớn, KV >> kBT, thời gian hồi phục Néel (τN) của hệ phụ thuộc vào nhiệt độđược thể hiện bằng phương trình [2, 3, 19]:
( ) ( ) 0 exp / 2 / B N B KV k T KV k T π τ = τ (1.13)
trong đó, giá trị τo cho hệ siêu thuận từ trong khoảng 10-9-10-13 s, K là dị hướng từ,
Hình 1.20. Quá trình tổn hao hồi phục Brown [3].
Giả sử trong một hệ hạt có n+ hạt được định hướng theo một hướng, và n- hạt
được định hướng theo hướng phản song còn lại. Từ độ tổng cộng của cả hệ là
M = ∆µ n (∆ =n n+ −n−). Xác suất chuyển trạng thái của một hạt khi có mặt từ trường xoay chiều Hexp( )iωt được tính bởi:
( τN) [ µH kBT]
δ± = 1 2 exp± (1.14)
Trong từ trường nhỏ μH << kBT, hàm mũ có thể được thay thế bằng xấp xỉ
bậc nhất và từđộ của hệ phụ thuộc vào thời gian theo phương trình:
( )t (n k T)( i t) H ( )i t M = µ2 B 1+ ω −1 exp ω (1.15) − ++ =n n n
Từphương trình (1.14.) trên ta có thể xác định được công suất sinh nhiệt PN
từ phần ảo của độ cảm từ xoay chiều:
( )2 [ ( 2 2)] 1 2 N B N N N H k TV P = µ ωτ τ +ω τ (1.16) Hoặc có thể viết dưới dạng (f H) ( )f H f PN , =µ0πχ,, 2 (1.17)
trong đó χ,,( )f là phần ảo của độ cảm từ xoay chiều,
2
f ω
π
= là tần số của từ trường.