V ME () (2.5) Ta có thể khai triển dạng chuổi Taylor khi không có từ trườ ng theo bi ể u th ứ c:
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Phân tích cấu trúc của bă ng t ừ (Fe 0.8 Co 0.2 ) 0.78 Si 0.12 B 0
3.3. Tính chất từ giảo của băng từ (Fe0.8Co0.2)0.78Si 0.12B0
Từ giảo của băng từ (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1 đã được khảo sát trong mặt phẳng mẫu, theo 2 chiều song song (λ//) và vuông góc (λ⊥) với chiều dài của băng. Kết quả đo được chỉ ra trên hình 3.7. Nhìn vào đồ thị ta thấy quá trình từ giảo xảy ra dễ hơn khi từ trường tác dụng dọc theo chiều dài của băng so với theo chiều rộng thể hiện ở từ giảo bão hòa cao hơn λ// = 70×10-6 đạt được trong từ trường bão hòa thấp hơn Hs ~ 200 Oe so với các giá trị tương ứng λ⊥ = 60×10-6 và Hs ~ 600 Oe khi
đo theo phương chiều rộng. Điều đó chứng tỏ băng từ giảo có dị hướng từ giảo ngay trong mặt phẳng băng với phương dễ hướng theo chiều dài băng. Kết quả này phù hợp với kết quảđo đường cong từ trễ. So với các vật liệu từ giảo Terfenol-D đã
được nhóm Ryu sử dụng làm vật liệu tổ hợp từ-điện (λ ~ 10-3 và χλ<< 10-6 Oe-1), băng từ giảo nghiên cứu tuy có hệ số từ giảo λ nhỏ hơn một bậc nhưng bù lại độ
cảm từ giảo χλ (= dλ/dH) trong vùng từ trường thấp lại lớn hơn rất nhiều. Theo phương dễ, độ cảm từ giảo χλ// = 1,5×10-6 Oe-1 thu được từ độ dốc của đường cong từ giảo thực nghiệm trên hình 3.8 đạt được ngay trong từ trường ngoài rất nhỏ (H ~ 8 Oe).
0 10 20 30 40 50 60 70 80 -2000 -1000 0 1000 2000 H (Oe) λ (1 0 -6 ) H H
Hình 3.7. Đường cong từ giảo đo theo phương từ trường nằm trong mặt phẳng, dọc theo chiều dài (λ//) và chiều rộng (λ⊥) của băng từ (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1 ngay sau khi
chế tạo -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 -300 -200 -100 0 100 200 300 H (Oe) χλ// (1 0 -6 Oe -1 ) H
Hình 3.8. Đường cong độ cảm từ giảo theo phương song song (χλ//) với chiều dài băng từ (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1 ngay sau khi chế tạo
Từ giảo của các băng từ còn được cải thiện hơn nữa trên các màng sau khi qua xử lý nhiệt. Tối ưu nhất cho tính chất từ giảo của các băng từ này là sau khi ủ ở
nhiệt độ thấp Ta ≤ 350 °C. Kết quả được đưa ra trên hình 3.9 cho các mẫu sau khi ủ ở Ta = 250 °C. So với mẫu chưa ủ, từ giảo hầu như giữ nguyên không thay đổi nhưng độ cảm từ giảo tăng lên χλ// = 1,75×10-6 Oe-1 và từ trường để từ giảo đạt bão hòa giảm mạnh xuống Hs ~ 100 Oe. 0 10 20 30 40 50 60 70 -300 -200 -100 0 100 200 300 H (Oe) λ// (1 0 -6 ) Chưa ủ Ta = 250 °C
Hình 3.9. Đường cong từ giảo theo phương song song của băng từ (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1
ngay sau khi chế tạo và sau khi ủ nhiệt tại ở Ta = 250 oC
Như vậy, có thể kết luận được rằng chính trạng thái nanô tinh thể kích thước nhỏ, phân bố rời rạc trên nền vô định hình sau khi ủở nhiệt độ thấp là cấu trúc tối
ưu cho cả tính chất từ và từ giảo của băng từ (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1. Với độ cảm từ
giảo cao so với các nghiên cứu trên các vật liệu từ giảo dạng khối Terfenol-D và dạng màng Terfecohan trước đây [19], chúng tôi mong đợi các vật liệu tổ hợp 2 pha từ giảo-áp điện sử dụng các băng từ nanô tinh thể sẽ cho hiệu ứng từ-điện cao trong vùng từ trường thấp đáp ứng mục đích ứng dụng chế tạo sensơ đo từ trường có độ nhạy siêu cao.
3.4. Hiệu ứng từ-điện trong mẫu vật liệu tổ hợp FeCoBSi/PZT 3.4.1. Sự phụ thuộc của hệ số hệ số từ-điện αE vào từ trường HDC 3.4.1. Sự phụ thuộc của hệ số hệ số từ-điện αE vào từ trường HDC
Đường cong sự phụ thuộc của hệ số từ-điện αE vào từ trường một chiều HDC đo tại tần số cộng hưởng f = 5 kHz với cường độ từ trường xoay chiều cố định
hac = 1 Oe được chỉ ra trên hình 3.10. Phép đo được thực hiện cho 2 trường hợp: từ
trường HDC, hac song song với nhau và song song với chiều dài và chiều rộng băng. Nhìn vào dáng đường cong sự phụ thuộc này ta thấy hệ số αE tăng rất nhanh trong vùng từ trường thấp. Khi từ trường ngoài đạt giá trị H ∼ 65 Oe, αE đạt giá trị cực
đại. -1600 -1200 -800 -400 0 400 800 1200 1600 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 HDC (Oe) αE (m V/ cm O e) Chưa ủ H H
Hình 3.10. Đường cong sự phụ thuộc của hệ số từ điện αE vào từ trường một chiều HDC của băng từ ngay sau khi chế tạo. Phép đo được thực hiện trong từ trường xoay chiều có cường độ hac = 1 Oe tại tần số cộng hưởng và nằm trong mặt phẳng theo hai phương song với chiều dài băng và chiều rộng băng.
Tiếp tục tăng từ trường hệ số từ-điện giảm và tiến đến giá trị αE = 0 khi
H > 300 Oe. Sự biến mất của hiệu ứng từ-điện tại từ trường lớn có thể được giải thích là do tại từ trường này, từ giảo của băng từ đã đạt đến trạng thái bão hòa và do đó, không có thêm ứng suất tác dụng lên pha áp điện. Kết quả là dưới tác dụng của từ trường xoay chiều, thế áp điện xoay chiều không sinh ra trên bề mặt tấm áp
điện. Hiệu ứng từ-điện thu được lớn nhất αE = 1260 mV/cmOe khi từ trường song song với chiều dài băng, lớn hơn 1,5 lần so với αE = 860 mV/cmOe trong trường hợp từ trường song song với chiều rộng của băng. Điều này khá phù hợp với cách lý giải về dị hướng từ mặt phẳng với phương dễ từ hóa hướng theo chiều dài băng
đã trình bày trong phần 3.2 và 3.3. Hệ số từ-điện thu được trên vật liệu nghiên cứu tuy có nhỏ hơn 1 bậc so với giá trị lớn nhất αE = 10300 mV/cmOe đã được công bố
trên thế giới hiện nay của nhóm J. Ryu và các đồng nghiệp trên vật liệu tổ hợp sử
dụng vật liệu từ giảo dạng khối Terfenol-D nhưng điều đặc biệt chúng tôi muốn nhấn mạnh ở trên các vật liệu nghiên cứu, chính là từ trường tác dụng để có thể đạt
được giá trị cực đại là rất thấp HDC < 100 Oe. Trong khi đó, cũng tại giá trị từ
trường này, hệ số từ-điện của nhóm J. Ryu chỉ vào khoảng αE ∼ 100 mV/cmOe. So sánh hai đường cong sự phụ thuộc của χλ (hình 3.8) và αE (hình 3.10) vào từ trường một chiều tác dụng ta thấy chúng có sự phù hợp với nhau về dáng đường cong.
Điều này có thế kết luận rằng chính độ cảm từ giảo hay nói cách khác là tính mềm từ giảo sẽ quyết định đến độ lớn của hiệu ứng từ-điện trên các vật liệu tổ hợp từ
giảo - áp điện nghiên cứu.
Để có thể hiểu một cách tường tận hơn về mối liên hệ giữa hiệu ứng từ-điện và từ giảo, hình 3.11 giải thích cơ chế xuất hiện hiệu ứng từ-điện dưới tác dụng của từ trường một chiều và xoay chiều. Khi đặt mẫu vật liệu tổ hợp từ-điện vào trong một từ trường một chiều Hο nào đó (điểm làm việc), pha từ sẽ bị biến dạng từ giảo cho một giá trị từ giảo ban đầu tương ứng là λHo. Khi tác dụng thêm từ trường xoay chiều hac = hοsinωt vào mẫu, pha từ sẽ biến dạng dao động xung quanh vị trí λHo
ban đầu. Biên độ dao động này tỉ lệ với biên độ từ trường xoay chiều ho và độ dốc của đường cong từ giảo đặc trưng cho pha từ đó (Δλ ∼ χλ.ho). Do có liên kết chặt giữa 2 pha từ giảo và áp điện nên khi pha từ bị biến dạng từ giảo sẽ kéo theo sự
biến dạng của pha áp điện và do đó, tấm áp điện sẽ chịu một ứng suất cưỡng bức (Δσ) dao dộng với cùng tần số của từ trường xoay chiều tác dụng. Kết quả sẽ làm xuất hiện phân cực điện cảm ứng bên trong pha áp điện và trên 2 mặt của tấm áp
điện sẽ sinh ra một hiệu điện thế xoay chiều lối ra VME. Như vậy có thể kết luận
được rằng thế áp điện VME càng lớn và do đó hệ số từ-điện αE càng cao khi độ dốc của đường cong từ giảo hay độ cảm từ giảo χλ càng lớn. Điều này một lần nữa khẳng định ý tưởng chế tạo vật liệu tổ hợp từ-điện sử dụng băng từ mềm FeCoBSi trong luận án này. Mặc dù từ giảo trên các băng từ nhỏ hơn rất nhiều so với vật liệu Terfenol-D dạng khối truyền thống, nhưng chính độ cảm từ giảo cao mới là nhân tố
quyết định đến hệ số từ-điện lớn thu được trong vùng từ trường thấp trên vật liệu tổ
hợp nghiên cứu.
Hình 3.11. Mối liên hệ giữa hiệu ứng từ-điện và tính chất từ giảo của pha của vật liệu tổ hợp từ giảo/áp điện khi chịu tác dụng của từ trường một chiều H và xoay chiều hac trong
hai trường hợp: pha từ có độ cảm từ giảo (độ dốc đường cong) lớn (1) và nhỏ (2)