Ảnh hưởng của kiểu biến thiên thành phần vật liệu sắt điện tới hiệu ứng điện-từ trong vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ

Chương 3 Hiệu ứng điện-từ trong vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ

3.3. Hiệu ứng điện-từ trong vật liệu nanocomposite sắt điện/ sắt từ có thành phần pha sắt điện biến thiên theo hai chiều

3.3.3. Ảnh hưởng của kiểu biến thiên thành phần vật liệu sắt điện tới hiệu ứng điện-từ trong vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ

Hình 3.18 Sự thay đổi của độ lớn phân cực điện phụ thuộc vào từ trường áp dụng trong các trường hợp pha sắt điện có các kiểu biến thiên thành phần khác nhau.

Hình 3.17 Sự phân bố độ lớn của phân cực điện trong ba mô hình được nghiên cứu.

45

Trong phần này, hệ số điện-từ 33 được xem xét dưới tác dụng của từ trường dọc theo hướng x3. Hình 3.18 trình bày mối quan hệ giữa sự thay đổi của phân cực trung bình Pi dưới tác dụng của từ trường Hextj trong các mô hình được khảo sát. Dễ dàng nhận thấy rằng độ thay đổi của độ lớn của phân cực điện giảm tuyến tính với sự gia tăng của cường độ từ trường áp dụng. Do đó, độ lớn của 33 có thể được xác định từ góc nghiêng của đường thẳng biểu thị mối quan hệ Pi - Hextj . Ngoài ra, các đường thẳng biểu thị mối quan hệ Pi - Hextj trên hình 3.18 có các góc nghiêng khác nhau. Điều này chỉ ra rằng hiệu ứng điện-từ bị ảnh hưởng bởi các kiểu biến thiên thành phần vật liệu sắt điện trong vật liệu composite PST/CFO.

Độ lớn của 33 được biểu diễn trên hình 3.19 cho các mô hình có các kiểu biến thiên thành phần vật liệu sắt điện khác nhau. Trong trường hợp vật liệu sắt điện đồng nhất (mô hình C1), hệ số điện-từ đạt giá trị nhỏ nhất. Hệ số điện-từ đạt giá trị lớn nhất khoảng 5.41 × 10−9 s/m trong mô hình C2. Độ lớn thu được của các hệ số điện-từ trong nghiên cứu này nằm trong khoảng 10-9 s/m, cao hơn ít nhất một bậc so với vật liệu đơn pha [10-12]. Do đó, các kết quả đã cho trong hình 3.19 chỉ ra rằng các hệ số điện-từ phụ thuộc vào kiểu biến thiên thành phần trong pha vật liệu sắt điện PST. So với các phương pháp trước đây hay những kết quả đã trình bày ở những mục trước, thì việc kiểm soát kiểu biến thiên của thành phần vật liệu trong pha sắt điện có thể được coi là một hướng đi mới để tăng cường hiệu ứng điện-từ trong vật liệu nanocomposite sắt điện/sắt từ.

46

Nhằm giải thích cơ chế đã gây ra sự phụ thuộc của hệ số điện-từ vào kiểu biến thiên thành phần như đã trình bày phía trên, trong phần này, sự phân bố của mức độ thay đổi độ lớn phân cực điện dưới tác dụng của từ trường bên ngoài được xem xét. Sự thay đổi về độ lớn phân cực điện dưới một từ trường ngoài trong ba trường hợp vật liệu nanocomposite PST/CFO với kiểu biến thiên thành phần được thể hiện trong hình 3.20 (a)÷(c). Mức độ thay đổi của độ lớn phân cực điện là không đồng nhất trong tất cả các trường hợp được khảo sát. Trên hình 3.20, sự thay đổi của độ lớn phân cực điện dưới từ trường bên ngoài diễn ra chủ yếu tại các vách đô-men. Các kết quả này cũng phù hợp với kết quả thu được từ thực nghiệm và mô phỏng số dựa trên phiếm hàm mật độ [14], trong đó sự thay đổi của phân cực điện dưới ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi được chứng minh là diễn ra mạnh hơn ở các vách đô-men. Đối với mô hình C1, có thế thấy rằng sự thay đổi phân cực điện tập trung chủ yếu ở vách đô-men và mức độ thay đổi là thấp. Tuy nhiên, tại mô hình C2, sự thay đổi độ lớn phân cực điện vẫn có xu hướng tập trung tại các

Hình 3.19 Hệ số điện-từ trong ba mô hình được nghiên cứu.

47

vách đô-men, nhưng với mức độ lớn hơn nhất nhiều so với mô hình C1. Ngoài ra, bên cạnh xuất hiện tại vách đô-men, sự thay đổi độ lớn của phân cực điện còn xảy ra bên trong đô-men có hướng dọc theo phương x3 (như được chỉ ra trên hình 3.20 (b)). Mô hình C3 cũng xuất hiện vùng thay đổi phân cực điện ngoài vách đô-men ở mặt trên và mặt dưới, tuy nhiên, mức độ thay đổi thấp hơn so với mô hình C2.

Nguyên nhân khiến cho mô hình C2 có sự khác biệt rất lớn so với mô hình còn lại có thể được giải thích là do tính chất đặc trưng của vật liệu biến thiên. Cụ thể, trong mô hình C1 với vật liệu sắt điện đồng nhất, các véc-tơ phân cực có độ lớn là như nhau theo phương x3, khi các phân cực này sắp xếp theo cấu trúc đô-men dạng dãy đã hình thành các vách đô-men 90o trung hòa về điện. Tuy nhiên, với mô hình có vật liệu biến thiên thành phần có sự chênh lệch về độ lớn của các véc-tơ phân cực theo vị trí theo phương x3, đã hình thành nên các vách đô-men không trung hòa về điện. Vì vậy, đã tạo ra các vùng tập trung năng lượng cao ngoài vách đô-men. Mô hình C2 với hàm lượng ion Sr2+ là 0.4 ở giữa màng mỏng sắt điện dễ tạo ra các vùng thay đổi phân cực với mức độ cao và sự thay đổi phân cực điện tại vách đô- men diễn ra mạnh hơn so với mô hình C3 có hàm lượng Sr2+ là 0.4 ở mặt trên và mặt dưới. Do đó, mức độ thay đổi phân cực chỉ ra cơ chế dẫn đến sự tăng cường của hiệu ứng điện-từ thông qua việc sử dụng vật liệu sắt điện có thành phần biến thiên.

48

Hình 3.20 Sự phân bố mức độ thay đổi phân cực điện trong pha vật liệu sắt điện với các mức độ biến thiên thành phần khác nhau: (a) mô hình C1, (b) mô hình C2 và (c) mô hình C3, dưới tác

dụng của từ trường bên ngoài.