M Quỏ trỡnh thuận đúng gúp χH trở nờn lớn hơn so
CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CÁC HẠT Y3Fe5O12 KÍCH THƢỚC NANOMET
3.3.4 Hằng số dị hƣớng và tƣơng tỏc giữa cỏc hạt
Trong hệ gồm tập hợp cỏc hạt cú tương tỏc với nhau, hằng số dị hướng hiệu dụng Keff của một hạt được xỏc định theo định luật Vogel – Fulcher [105]:
0 25 B( B ) eff k T T K V (3.3) trong đú kB là hằng số Boltzman, V là thể tớch hạt thực và T0 là thụng số đặc trưng cho tương tỏc giữa cỏc hạt. Để đỏnh giỏ năng lượng tương tỏc trung bỡnh giữa cỏc hạt nano, ta xột độ cảm từ ban đầu ở cỏc nhiệt độ χi của mẫu được xỏc định là độ dốc của đường cong M - H ở vựng từ trường thấp, trong khoảng -20
75 đến 20 Oe. Đối với cỏc hạt cú tương tỏc từ, trong vựng siờu thuận từ, χi phụ thuộc vào nhiệt độ như sau:
2 0 0 3 ( ) i B k T T (3.4)
Trong đú à là mụmen từ của một hạt.
Theo phương trỡnh trờn, đường biểu diễn χi-1 theo nhiệt độ sẽ là một đường thẳng tuyến tớnh theo T. Nhưng theo thực tế, à phụ thuộc vào nhiệt độ nờn đường này khụng hoàn toàn tuyến tớnh, đặc biệt ở vựng nhiệt độ cao, như trong hỡnh 3.12. 200 250 300 350 400 450 500 0 1 2 3 4 5 6 (đ.v.t .y) T (K)
Hỡnh 3.12 Sự phụ thuộc nhiệt độ của -1của mẫu hạt nano YIG
Ta thấy χi-1
khụng cũn tuyến tớnh theo nhiệt độ ở vựng nhiệt độ 350 - 450 K. Bằng cỏch kộo dài đoạn tuyến tớnh của đường χi-1–T về phớa nhiệt độ thấp, đường này cắt trục nhiệt độ tại giỏ trị T0 là 220 K. Giỏ trị T0 thu được là dương, chứng tỏ cú tương tỏc sắt từ giữa cỏc hạt chiếm ưu thế [106]. Giỏ trị T0 của YIG là lớn khi so sỏnh với cỏc hệ hạt từ nano khỏc [105] nhưng giỏ trị T0 này nhỏ hơn so với nhiệt độ khúa TB đến 130 K, do đú, ở nhiệt độ trờn 350 K, năng lượng nhiệt hoàn
76 toàn thắng năng lượng tương tỏc giữa cỏc hạt và điều này dẫn đến, trờn đường cong từ trễ ở cỏc nhiệt độ này, ảnh hưởng của tương tỏc giữa cỏc hạt là khụng đỏng kể.
Theo phương trỡnh (3.3) và giả thiết rằng cỏc hạt cú dạng hỡnh cầu với kớch thước 35 nm, giỏ trị hệ số dị hướng Keff của cỏc hạt YIG được tớnh toỏn là 2104
erg/cm3. Giỏ trị Keff của cỏc hạt YIG 45 nm theo nghiờn cứu của Sỏnchez [59] là 1,71104 cm3 và tương ứng bằng 1,53105 cm3, 5,52105 erg/cm3 đối với cỏc hạt 14 và 9 nm theo nghiờn cứu của Rajendran [61]. Như vậy cú thể thấy, cỏc giỏ trị
Keff của cỏc hạt cú kớch thước nanomet lớn hơn gần hai bậc so với giỏ trị của mẫu khối là 6,2103
erg/cm3 và giỏ trị Keff cú xu hướng tăng khi kớch thước hạt giảm. Hạt càng nhỏ, Keff càng lớn vỡ khi đú cú cỏc yếu tố đúng gúp vào dị hướng của hạt như hỡnh dạng, bề mặt, v.v... bờn cạnh dị hướng từ tinh thể. Giỏ trị Keff của cỏc hạt YIG 35 nm trong luận văn này lớn hơn giỏ trị Keff của cỏc hạt 45 nm theo nghiờn cứu của Sỏnchez mặc dự kớch thước hạt chờnh lệch nhau 10 nm. Điều này cú thể do ảnh hưởng của sự khỏc nhau về phõn bố kớch thước hạt trong cỏc mẫu. Ngoài ra, theo phương phỏp của Sỏnchez, Keff được xỏc định bằng cỏch ngoại suy
Hc0 về 0 K – theo cỏch xỏc định này, giỏ trị dị hướng đó bao gồm cả ảnh hưởng của tương tỏc giữa cỏc hạt.
3.4 Kết luận chƣơng 3
Trong chương này, tỏc giả đó trỡnh bày cỏc kết quả nghiờn cứu trờn hệ vật liệu Y3Fe5O12 dạng hạt kớch thước nanomet. Cỏc hạt chế tạo bằng phương phỏp sol-gel sau khi ủ nhiệt ở nhiệt độ ủ 800oC trong 5 giờ kết tinh dưới dạng cấu trỳc ganet được cú tớnh đơn pha cao và cú kớch thước trung bỡnh ~ 35 nm. Nhiệt độ chuyển pha từ Curie của mẫu hạt phự hợp với giỏ trị đó được cụng bố đối với mẫu khối. Mụmen từ bóo hũa ở 5 K của mẫu thấp hơn so với giỏ trị lý thuyết. Cỏc phõn tớch cho thấy sự giảm mụmen từ cú thể gõy bởi sự mất trật tự từ trờn bề mặt cỏc hạt hoặc trong mẫu cũn tồn tại một lượng nhỏ tạp chất phi từ. Cỏc kết quả khảo sỏt mụmen từ bóo hũa phụ thuộc nhiệt độ trong khoảng nhiệt độ 5 - 560 K phự hợp với cỏc giỏ trị tớnh toỏn trường phõn tử sử dụng cỏc hệ số tương tỏc
77 trao đổi đó được ỏp dụng đối với mẫu khối. Cỏc hạt YIG này thể hiện tớnh chất siờu thuận từ ở nhiệt độ TB 350 K. Sự tương tỏc giữa cỏc hạt trong mẫu cũng đó được đỏnh giỏ thụng qua cỏc giỏ trị độ cảm từ ban đầu như một hàm của nhiệt độ trong vựng siờu thuận từ. Giỏ trị hằng số dị hướng của cỏc hạt YIG kớch thước nanomet lớn hơn nhiều so với mẫu khối. Với 2 phõn mạng từ trong cấu trỳc 3 phõn mạng, cỏc hạt nano YIG là đối tượng nghiờn cứu trước tiờn để làm tiền đề cho cỏc nghiờn cứu tiếp theo về cỏc hệ ganet đất hiếm cú kớch thước nanomet sẽ được trỡnh bày trong cỏc chương 4 và 5 sau đõy.
78
CHƢƠNG 4