Công thức hóa học chung của spinel ferrite MFe2O4, trong đó M là một ion kim loại hóa trị hai, chẳng hạn như Mn, Co, Ni, Zn, Mg,.. [83-85]. Tùy thuộc vào sự sắp xếp của các cation kim loại, hợp chất spinel có thể là bình thường, hoán vị hoặc một
Mức độ hoán vị trong một hợp chất đặc biệt chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như độ lớn của bán kính ion đối với kích thước của đa diện oxy, cấu hình electron của các ion, năng lượng điện của mạng tinh thể và phương pháp chuẩn bị mẫu [86].
Dị hướng từ tinh thể là dạng năng lượng trong các vật liệu từ có nguồn gốc liên quan đến tính đối xứng tinh thể và sự định hướng của moment từ. Trong tinh thể, moment từ luôn có xu hướng định hướng theo một phương ưu tiên nào đó để tạo nên khả năng từ hóa khác nhau theo các phương khác nhau của tinh thể, đó là tính dị hướng từ.
Hình 1.. Hình minh họa các domain của vật liệu từ ferromagnetic hoặc ferrimagnetic [87]
Tùy theo kích thước, hình dạng mà trên toàn vật liệu có thể bị chia thành nhiều vùng chứa các moment từ hoàn toàn song song với nhau và các vùng này được gọi là
các domain từ. Trong các domain khác nhau chiều của các moment từ sẽ khác nhau (hình 1.24). Sự hình thành cấu trúc domain chi phối tính chất từ vi mô của vật liệu. Ở trạng thái khử từ, chiều của moment từ trong các domain sắp xếp sao cho thỏa mãn các
điều kiện: triệt tiêu từ độ và cực tiểu hóa năng lượng tổng cộng trong vật liệu từ. Khi có từ trường ngoài, cấu trúc domain bị thay đổi như sự lớn lên của các domain từ có
chiều cùng chiều với từ trường hoặc sự quay moment từ trong các domain có chiều khác...dẫn đến sự thay đổi về tính chất từ (hình 1.25). Sự biến đổi khác nhau về
domain từ trong quá trình từ hóa tạo nên các cơ chế từ hóa và các tính chất từ khác nhau của mỗi loại vật liệu từ.
Hình 1.. Mô tả trạng thái các domain của vật liệu từ ferromagnetic hoặc ferrimagnetic khi áp đặt từ trường ngoài [88]
Các cấu trúc spinel ferrite là ví dụ phổ biến nhất của vật liệu từ ferrimagnetic. Ở dạng này, vật liệu vẫn có từ tính ngay khi không có tác động của môi trường ngoài vì
có những spin từ tương tác song song nhau nhưng độ lớn của lưỡng cực từ hoặc số lượng moment từ theo các hướng khác có độ lớn khác nhau (hình 1.26).
Hình 1.. Định hướng các moment từ của paramagnetic (a), ferromagnetic (b), antiferromagnetic (c), ferrimagnetic (d)
Để đánh giá vật liệu từ cần sử dụng một số thông số vật lý cơ bản như sau:
Là đại lượng đặc trưng cho khả năng đáp ứng của vật liệu từ dưới tác dụng của từ trường ngoài H. Hai giá trị H và M quan hệ theo biểu thức:
M= χ.H , χ được gọi là độ từ cảm (magnetic sucseptibility). Như vậy, B có quan hệ với H theo công thức: B = µo.(1 + χ).H , giá trị µo.(1 + χ) được gọi là độ từ thẩm hiệu dụng của vật liệu.
Độ từ thẩm cực đại (maximum permeability): vật liệu sắt từ không những có độ từ thẩm lớn mà còn có độ từ thẩm là một hàm của từ trường ngoài. Độ từ thẩm cực đại
cũng là một thông số quan trọng, đặc trưng cho tính chất từ của vật liệu.
ii. Đường cong từ trễ
Từ trễ là hiện tượng bất thuận nghịch giữa quá trình từ hóa và đảo từ ở các vật liệu từ do khả năng giữ lại từ tính của các vật liệu từ. Hiện tượng từ trễ là một đặc trưng quan trọng và dễ thấy nhất ở các chất có từ tính và được biểu diễn thông qua đường cong từ trễ M(H) hoặc B(H).
Khi từ hóa một vật liệu từ đến một cường độ từ trường bất kỳ, nếu giảm dần cường độ từ trường và quay lại theo chiều ngược, thì sẽ thu được đường cong từ hóa khác hướng ban đầu. Và nếu đảo từ theo một chu trình kín (từ chiều này sang chiều kia), thì sẽ thu được một đường cong kín gọi là đường cong từ trễ hay chu trình từ trễ (hình 1.27).
Hình 1.. Đường cong từ trễ M(H) và trạng thái của moment từ
Là giá trị từ độ đạt được khi vật được từ hóa đến từ trường lớn hơn giá trị trường dị hướng sao cho vật ở trạng thái bão hòa từ, tức là các moment từ hoàn toàn song song với nhau. Khi đó đường cong từ trễ M(H) có dạng nằm ngang. Từ độ bão hòa là tham số đặc trưng của vật liệu từ. Nếu ở không độ tuyệt đối (0 K) thì đó là giá
trị từ độ tự phát của vật liệu từ.
iv. Từ dư (remanent magnetization, Mr)
Là giá trị từ độ còn giữ được khi ngắt từ trường (H = 0). Từ dư không phải là thông số mang tính chất nội tại của vật liệu mà chỉ là thông số dẫn xuất, phụ thuộc vào
các cơ chế từ trễ, các phương từ hoá, hình dạng vật liệu từ...
Tỉ số giữa từ dư và từ độ bão hòa Mr/Ms được gọi là từ độ rút gọn hoặc hệ số chữ nhật của đường cong từ trễ và giá trị Mr/Ms càng gần 1 thì đường cong từ trễ càng
tiến tới dạng hình chữ nhật.
v. Lực kháng từ (coercive force, HC)
Lực kháng từ là giá trị của từ trường cần đặt vào để triệt tiêu từ độ hoặc cảm ứng từ của vật liệu từ. Sự liên hệ giữa từ trường (H), cảm ứng từ (B), và từ độ M bởi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
công thức:
B = µo.(M+H), với µo = 4.π.10-7 (T.m/A) là hằng số từ, hay độ từ thẩm của chân không.
Trong lĩnh vực ứng dụng thực tế người ta phân loại vật liệu từ ra thành vật liệu từ cứng và vật liệu từ mềm tùy vào lực kháng từ.
• Vật liệu từ mềm (soft magnetic material) là vật liệu là dễ từ hóa và dễ khử từ. Lực kháng từ của các vật liệu từ mềm phải nhỏ hơn 100 Oe. Những vật liệu có tính từ mềm tốt có lực kháng từ rất nhỏ xấp xỉ 0,01 Oe.
• Vật liệu từ cứng (hard magnetic material) là vật liệu từ khó khử từ và khó từ hóa, nên ngược lại với vật liệu từ mềm, chúng có lực kháng từ cao hơn 100 Oe, những vật liệu từ cứng phổ biến thường có lực kháng từ cỡ hàng ngàn Oe trở lên.
vi. Nhiệt độ Curie
Khi tăng nhiệt độ của vật liệu từ đến một giá trị nào đó thì trạng thái từ của vật liệu sẽ bị biến đổi từ trạng thái sắt từ (ferromagnetic) sang trạng thái thuận từ
Đối các vật liệu phản sắt từ (antiferromagnetic), khi tăng nhiệt độ đến một giá trị nào đó chất phản sắt từ sẽ bị mất trật tự từ và trở thành thuận từ. Nhiệt độ này gọi là
nhiệt độ Néel hay nhiệt độ trật tự phản sắt từ (thường được ký hiệu là TN).