Phép đo này nhằm xác định nhiệt độ chuyển pha Curie TC của mẫu bằng cách đo moment từ M của mẫu phụ thuộc vào nhiệt độ T trong hai trường hợp:
+ Trường hợp 1: Làm lạnh không có từ trường ZFC (zero field cooling). + Trường hợp 2: Làm lạnh có từ trường FC (field cooling).
Từ đường cong M(T) ta dùng phương pháp ngoại suy để xác định nhiệt độ Curie TC của mẫu.
2.2.4.1. Nguyên lý của phép đo
Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Một cuộn dây cảm ứng là hai bộ cuộn dây Helmholtz đồng nhất, được bố trí song song và vuông góc với từ trường đặt vào hệ đo. Mỗi bộ gồm hai cuộn Helmholtz mắc kiểu xung đối. Khi đo, mẫu được dịch chuyển từ tâm cặp cuộn thứ nhất đến tâm cặp cuộn thứ hai và gây ra trên cuộn dây một suất điện động cảm ứng. Hệ đo hoạt động từ nhiệt độ Nitơ lỏng đến nhiệt độ khoảng 600 K. Từ trường được đo bằng Gaussmeter hiển thị số. Nhiệt độ được đo bằng cặp nhiệt điện Cooper – Constantan và được chỉ thị bằng số chỉ của vôn kế Keithley. Độ nhạy của vôn kế 10-3
mV, sai số nhiệt độ là ± 0,3 K.
2.2.4.2. Mô tả hệ đo
33
Hình 2.3: Sơ đồ hệ đo từ độ
Hệ đo bao gồm các phần chính sau:
- Hệ thống đo moment từ, từ trường và nhiệt độ, bao gồm các cuộn Helmholtz (1a), biến tử Hall (1b), cặp nhiệt điện (1c). Tín hiệu ở lối ra của các thiết bị này được đưa vào Keithley - 2700 sau đó được truyền sang máy tính thông qua card IEEE - 488.
- Hệ thống tạo từ trường, bao gồm nam châm (2a) và nguồn dòng có điều khiển (2b).
- Hệ thống tạo nhiệt độ bao gồm lò điện trở (3a), nguồn điều khiển (3b). - Hệ thống cơ điện (4a) cho phép mẫu đo (S) dịch chuyển được một cách tự động theo phương thẳng đứng.
2.2.4.3. Hoạt động của hệ đo
Khi đo, mẫu được dịch chuyển từ vị trí tâm cặp Helmholtz thứ nhất đến tâm cặp thứ hai. Trong khoảng thời gian mẫu được dịch chuyển suất điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn dây có dạng xung như hình 2.4. Khi đó, diện tích của xung chính bằng tín hiệu U mô tả trong công thức. Diện tích của xung tín hiệu được tính gần đúng bằng phương pháp hình thang. Bề rộng Δt của xung có thể thay đổi được bằng cách điều khiển tốc độ dịch chuyển của cần mẫu. Nếu gọi τ là khoảng thời gian để
34
Keithley hoàn thành xong một lần lấy giá trị của tín hiệu, thì trong mỗi xung tín hiệu Keithley thực hiện được n = t
lần lấy giá trị của tín hiệu. Với Δt = 0,3 s và
τ = 1/60 s (ứng với tốc độ trung bình của Keithley) ta có n = 18.
Hình 2.4: Hình dạng xung tín hiệu
Đây là một con số đủ lớn đảm bảo cho độ chính xác trong phép tính diện tích của xung, sai số trong phép tính này cỡ
3 4 2 t R e" 10 e" 12n
. Với e" là giá trị
cực đại của đạo hàm cấp hai theo thời gian của suất điện động cảm ứng. Các phép tính phức tạp đã chỉ ra rằng e" cỡ một vài chục (< 102
). Như vậy sai số trong phép lấy tích phân nhỏ hơn 1%. Độ nhạy của phép đo từ độ là 10 – 4
A.m2.
Sự khác nhau cơ bản giữa hai phép đo FC và ZFC là quá trình làm lạnh mẫu có hay không có từ trường trước khi tăng nhiệt độ và ghi nhận số liệu. Trong vùng nhiệt độ thấp, do quá trình làm lạnh mẫu có và không có từ trường khác nhau nên cấu hình các moment từ đóng băng khác nhau hoặc là đóng băng theo cấu hình định hướng của các moment từ theo từ trường của chế độ FC, hoặc là đóng băng theo cấu hình hỗn độn trong pha thuận từ của chế độ ZFC. Do vậy, hai đường cong MFC(T) và MZFC(T) khác nhau rõ rệt.
Phép đo được thực hiện tại bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên.
35