M Quỏ trỡnh thuận đúng gúp χH trở nờn lớn hơn so
CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CÁC HẠT Gd3Fe5O12 KÍCH THƢỚC NANOMET
4.2.2 cảm từ ở từ trƣờng cao
Độ cảm từ ở từ trường cao χhf của cỏc hạt GdIG kớch thước nanomet được xỏc định bằng độ dốc của đường cong từ húa ở từ trường cao. Đối với cỏc hạt nano, độ cảm từ cú nguồn gốc từ lớp bề mặt và cả lừi hạt. Độ cảm từ của lừi cú thể coi giống như độ cảm từ của vật liệu khối. Cỏc giỏ trị độ cảm từ ở từ trường cao của cỏc hạt nano GdIG được so sỏnh với mẫu khối như chỉ ra trong hỡnh 4.9. Ta thấy giỏ trị χhf của mẫu nano lớn hơn giỏ trị của mẫu khối trong toàn dải nhiệt độ và đặc biệt tăng rất mạnh ở vựng nhiệt độ dưới ~100 K.
Trong vật liệu khối, ở gần nhiệt độ 0 K, mụmen từ của Gd chịu tỏc động của từ trường tạo bởi phõn mạng sắt Fe đủ mạnh để đạt trạng thỏi bóo hũa và khi đú χhf tiến tới 0 [110]. Khi nhiệt độ tăng, do dao động nhiệt, cỏc mụmen Gd bị
khử từ một phần và do đú xuất hiện độ cảm từ khi đặt từ trường ngoài vào. Quỏ trỡnh từ húa này gọi là “quỏ trỡnh thuận” [108,110]. Độ cảm từ ở từ trường cao đạt tới giỏ trị cao nhất ở khoảng 100 K và giảm dần khi tăng nhiệt độ. Ở điểm nhiệt độ Curie cú điểm dị thường của độ cảm từ, điều này chỉ ra quỏ trỡnh chuyển pha từ pheri từ sang trạng thỏi thuận từ [20,111].
89 0 200 400 600 800 0.000 0.005 0.010 0.015 Mẫu khối Mẫu hạt hf (emu /cm 3 Oe) T (K)
Hỡnh 4.9 Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ cảm từ ở từ trường cao χhf của cỏc hạt nano GdIG so sỏnh với mẫu khối [111].
Ở vựng nhiệt độ từ khoảng 100 K đến trờn nhiệt độ Curie độ cảm từ ở từ trường cao của cỏc hạt nano GdIG cú xu hướng giảm dần tương tự như mẫu khối. Tuy nhiờn ở vựng nhiệt độ dưới 100 K, cỏc giỏ trị χhf bắt đầu tăng mạnh. Cú thể
thấy, xu hướng của độ cảm từ của cỏc hạt nano ở vựng nhiệt độ thấp này ngược lại với vật liệu khối và sự tăng rất mạnh của χhf cú thể là do sự hỡnh thành trạng thỏi đúng băng spin (thủy tinh spin) ở lớp bề mặt. Một biểu hiện khỏc của đặc tớnh giống trạng thỏi thủy tinh spin của vựng bề mặt hạt là tớnh chất bất thuận nghịch ở từ trường cao của đường cong từ trễ ở cỏc nhiệt độ thấp. Như quan sỏt thấy trờn hỡnh 4.10, cỏc đường trễ ở 5 và 15 K của mẫu vẫn thể hiện tớnh bất thuận nghịch ngay cả khi từ trường lờn tới 12,5 kOe – từ trường lớn hơn rất nhiều so với trường dị hướng từ tinh thể (~ K1/Ms) [112].
90 5 10 15 20 45 50 55 60 65 T = 15 K M (emu/g) H (kOe) T = 5 K
Hỡnh 4.10 Một phần đường cong từ trễ của cỏc hạt nano GdIG ở nhiệt độ 5 K và 15 K
Mặc dự quỏ trỡnh từ húa của mẫu cũng bị ảnh hưởng bởi tương tỏc lưỡng cực và trao đổi giữa cỏc hạt bị kết đỏm như đó quan sỏt thấy trờn ảnh SEM và ảnh TEM. Tuy nhiờn, cỏc tớnh toỏn về trường tương tỏc giữa cỏc hạt Hint cho thấy chỳng nhỏ hơn rất nhiều so với từ trường tương ứng với điểm bất thuận nghịch của cỏc đường cong từ húa. Sự phõn tỏch của cỏc nhỏnh theo chiều tăng và giảm của từ trường trờn đường từ trễ chỉ ra rằng cú một số spin cần phải cú từ trường đủ lớn để cú thể làm quay được chỳng, cỏc spin bị đúng băng này cú thể được quy cho là nằm trong vựng mất trật tự ở phớa bề mặt hạt. Ở T = 25 K, đường cong từ trễ khộp kớn ở từ trường nhỏ hơn rất nhiều, cụ thể là 1,1 kOe. Cỏc tớnh chất này đó từng được nghiờn cứu và thảo luận về cỏc spin bề mặt mất trật tự và sự giảm mụmen từ do tương tỏc giữa cỏc hạt trong cỏc hạt nano pherit spinel [66]. Tuy nhiờn, để xỏc định độ lệch spin ở bề mặt và đúng gúp mụmen từ cỏc hạt một cỏch chớnh xỏc hơn, chỳng ta cần nghiờn cứu trờn phổ nhiễu xạ nơtron và phổ Mửssbauer của mẫu.
91