CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
1.2. Vật liệu Co-Pt
1.2.2. Cấu trúc tinh thể của hệ vật liệu Co-Pt
Giản đồ pha chỉ ra rằng tùy thuộc vào tỷ lệ thành phần nguyên tử Co và Pt, nhiệt độ ủ đƣợc lựa chọn thích hợp để có pha trật tự là khác nhau. Trong trạng thái trật tự, hợp kim CoPt3 có cấu trúc fcc kiểu L12, cịn hợp kim CoPt có cấu trúc fct kiểu L10.
Q trình chuyển pha bất trật tự cấu trúc fcc loại 1 (trƣớc khi ủ) – trật tự cấu trúc fct loại L10 (sau khi ủ) không chỉ dẫn đến sự thay đổi trong xác suất chiếm giữ các vị trí trong ơ ngun tố mà còn dẫn đến sự biến đổi cấu trúc mạng và tỷ số c/a (nhỏ hơn 1).
Bảng 1.3. Thông số cấu trúc của các pha trong trạng thái trật tự và bất trật tự [46]. Bất trật tự Trật tự Cấu trúc Hằng số mạng (Å) Cấu trúc Hằng số mạng (Å) c/a a c CoPt LPTM (fcc) 3,75 TGTM (fct) 3,821 3,703 < 1 CoPt3 LPTM (fcc) 3,87 LPTM (fcc) 3,890 3,890 1
Hình 1.6. (a) Tinh thể cấu trúc bất trật tự fcc pha A1 và (b) trật tự fct pha L10 [37].
Do khả năng tồn tại trật tự xa trong cấu trúc tinh thể với sự sắp xếp tuần tự các lớp nguyên tử, hợp kim có cấu trúc tinh thể kiểu tứ giác tâm mặt (fct) L10 (hình 1.6) nhƣ CoPt là hệ vật liệu cho phép các nhà nghiên cứu nghĩ tới nhiều hƣớng ứng dụng khác nhau, khai thác những tính chất đặc thù của chúng trong mối liên hệ chặt chẽ với khả năng điều khiển vi cấu trúc của vật liệu.
CoPt có thể chuyển trạng thái từ cấu trúc fcc sang cấu trúc fct thơng qua một q trình gọi là chuyển pha bất trật tự - trật tự. Tùy từng điều kiện chế tạo cụ thể mà nhiệt độ chuyển pha nói trên có thể dao động từ 400oC - 900oC. Trong trạng thái bất trật tự cấu trúc fcc, sự phân bố các nguyên tử Co và Pt là xác suất ngẫu nhiên (tự do) (hình 1.6a). Trong trạng thái trật tự cấu trúc fct, các nguyên tử Co và Pt chiếm những vị tr xác định theo từng lớp (hình 1.6b). Hợp kim CoPt cịn có thành phần hợp thức là CoPt3 với cấu trúc L12. Ở CoPt3, các nguyên tử Pt chiếm các vị trí góc, các ngun tử Co chiếm vị trí ở mặt của hình lập phƣơng tâm mặt. Trong pha trật tự L10, các nguyên tử Co (000, ½ ½ 0) và Pt (½ 0 ½, 0 ½ ½) tạo nên các mặt phẳng luân phiên dọc theo trục c, dẫn tới hiệu ứng méo mạng tứ diện. Những pha này có thể tồn tại trong trạng thái bất trật tự với sự phân bố của các nguyên tử Co và Pt là tự do hay trật tự một phần hoặc trong trạng thái trật tự hoàn toàn, mà ở đó các nguyên tử Co và Pt chiếm những vị tr xác định.
Hạt nano CoPt đã đƣợc nghiên cứu chế tạo bằng một số phƣơng pháp khác nhau, mẫu sau khi xử lý nhiệt có tính từ cứng tốt [14, 47]. Frommen và Rosner đã nghiên cứu sự chuyển pha cấu trúc bất trật tự - trật tự trên hạt nano CoPt [21]. Trong giản đồ nhiễu xạ tia X mà nhóm đã cơng bố có xuất hiện có sự xuất hiện của hai đỉnh siêu mạng (001) và (110) ở phía góc 2θ thấp điều này cho thấy trong vật liệu có cấu trúc trật tự L10 với mức độ trật tự của cấu trúc cao (Hình 1.7). Hiện tƣợng tƣơng tự cũng đã đƣợc Dong cùng các cộng sự quan sát trên hạt nano Co42Pt58 [19] (hình 1.8a). Trên cả hai hình ta đều
thấy sự chia tách khá rõ ràng của đỉnh (200)/(002) điều này là do các nguyên tử Co và Pt di chuyển và sắp xếp trên các mặt phẳng mạng luân phiên dọc theo trục c, dẫn tới hiệu ứng méo mạng thể hiện cấu trúc tứ giác của hạt nano.
Hình 1.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu CoPt trước và sau khi ủ [21].
Hình 1.8. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hạt nano Co42Pt58 (a), Ảnh TEM của hạt nano Co42Pt58 (b), Giản đồ phân bố kích thước hạt (c), Ảnh HRTEM của hạt
Sự hình thành pha L10 đã đƣợc Dong và cộng sự [19] quan sát bằng kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM) (xem hình 1.8d). Nhận thấy có sự xuất hiện của các rãnh sắp xếp liên tục song song với nhau, với khoảng cách giữa các rãnh này trong khoảng 0,182 nm, tƣơng ứng với k ch thƣớc của mặt (200) của pha L10. Hiện tƣợng này cũng đã đƣợc công bố trong một số nghiên cứu trƣớc đó chẳng hạn nhƣ Ogawa và Watanabe [57, 58] và sau đó bởi Glossop và Pashley [25], cấu trúc tƣơng tự đƣợc quan sát trên hợp kim Au-Cu, các nghiên cứu đã quan sát đƣợc cấu trúc phản pha của AuCu-II, cả từ AuCu-I (L10) cũng nhƣ từ trạng thái bất trật tự (A1).
Các ơ đơn vị của nó đƣợc tạo thành từ các mặt phẳng của tất cả Co và Pt xen kẽ dọc theo mặt (002) (hình 1.9) [21]. Hình 1.9a biểu diễn cấu trúc fct pha trật tự L10 của vật liệu CoPt và hình 1.9b thể hiện của sắp xếp xen kẽ thay thế dọc theo trục c của các nguyên tử Co, Pt. Sự hình thành và phát triển trật tự xa với các biên phản pha đƣợc thể hiện trong hình 1.9c dựa trên cấu trúc của AuCu-II.
Hình 1.9. (a) Cấu trúc trật tự fct pha L10; (b) xếp xen kẽ các nguyên tử dọc theo trục c đối với vật liệu có cấu trúc trật tự L10; (c) hình thành các miền
Để ý rằng dọc theo trục a1 của ơ đơn vị hình 1.9c ta thấy có sự sắp xếp thay đổi luân phiên của của các nguyên tử Co(Pt) chiếm các nút mạng hay các mặt mạng, do đó cấu trúc đƣợc chia làm các miền và các miền đƣợc chia tách bởi các biên phản pha, điều này đã đƣợc chỉ ra trên mẫu CoPt (hình 1.9) sau khi ủ nhiệt.