Đường cong từ độ phụ thuộc nhiệt độ M(T) của các mẫu 2/3 1/3 0,90 0,10 3
La Ca Mn TM O (TM = Al, Cr, Cu) đo trong trường hợp làm lạnh không từ trường và làm lạnh có từ trường (H = 1koe) mô tả trên hình 3.4, 3.5 và 3.6.
46
Hình 3.5. Đường cong từ độ của cácLa Ca Mn2/3 1/3 0,90Cr0,10O3
47
Từ đồ thị M(T) ta xác định được nhiệt độ chuyển pha Curie Tc bởi sự thay đổi đột ngột độ dốc của đường cong từ độ tức là: từ phần dốc nhất của đồ thị ta kẻ một đường thẳng tiếp tuyến với đồ thị tại tiếp điểm, hoành độ của tiếp điểm chính là nhiệt độ Curie Tc. Tại nhiệt độ Curie Tc của các mẫu nghiên cứu đều quan sát thấy có chuyển pha sắt từ - thuận từ. Các nhiệt độ chuyển pha (TC) xác định từ phép đo đường cong M(T) được đưa ra trong bảng 3.3.
Từ đồ thị ta nhận thấy đường cong M(T) trong trường hợp làm lạnh có từ trường (FC) và làm lạnh không có từ trường (ZFC) trùng nhau trong vùng nhiệt độ T > Tc . Nguyên nhân là do ở vùng nhiệt độ này dao động nhiệt của điện tử là rất lớn nên các mô men từ định hướng hỗn loạn, do đó với một từ trường nhỏ 1koe không đủ để định hướng các spin điện tử. Nên đường cong từ hóa của các mẫu ở cả hai trường hợp FC và ZFC là trùng nhau.
Trong vùng nhiệt độ T < Tc các đồ thị M(T) cho thấy hai đường M(T)FC và M(T)ZFC tách dần xa nhau theo sự giảm của T. Nguyên nhân là vì ở nhiệt độ thấp dao động nhiệt của các điện tử giảm cho nên từ trường có thể gây ảnh hưởng tới sự định hướng của các spin theo phương của từ trường làm cho giá trị M(T)FC tăng lên khi spin của các điện tử định hướng song song với từ trường.
Từ các đồ thị 3.4, 3.5 và 3.6 ta thấy ở vùng nhiệt độ thấp (T < TC), momen từ có giá trị lớn. Khi nhiệt độ tăng, momen từ giảm dần trong vùng nhiệt độ chuyển pha và giảm nhanh về không khi nhiệt độ T > Tc. Điều này được giải thích như sau: khi ở nhiệt độ thấp năng lượng kích hoạt nhỏ, các momen từ sắp xếp song song ổn định và định hướng theo từ trường. Do đó giá trị của từ độ đạt cực đại và không đổi trong vùng nhiệt độ thấp( T < TC). Khi nhiệt độ tăng đến nhiệt độ (T ≥ TC) thì năng lượng kích hoạt nhiệt đủ lớn, chiếm ưu thế làm cho các mômen từ sắp xếp hỗn loạn vì thế giá trị của từ độ giảm xuống. Khi T = TC các momen từ trở lên hỗn độn và chuyển sang trạng thái thuận từ do đó giá trị từ độ bắt đầu giảm nhanh về không khi nhiệt độ T > Tc.
48
Bảng 3.3. Các giá trị Tc của các mẫu nghiên cứu thu được từ phép đo M(T)
Mẫu Tc (K) 2/ 3 1/3 3 La Ca MnO 265 2/3 1/3 0,90 0,10 3 La Ca Mn Al O 245 2/3 1/3 0,90 0,10 3 La Ca Mn Cr O 215 2/3 1/3 0,90 0,10 3 La Ca Mn Cu O 200 Từ bảng 3.3 nhận thấy:
Khi thay thế Mn bằng các kim loại chuyển tiếp Al, Cr, Cu nhiệt độ chuyển pha Tc giảm dần từ 265K ở mẫu không pha tạp xuống còn 200K ở mẫu pha tạp Cu. Có thể cho rằng lý khi thay thế lần lượt 10% nguyên tử Al, Cr, Cu (kim loại phi từ) cho Mn một mặt đã pha loãng phân mạng từ Mn, mặt khác làm giảm đáng kể lượng Ion Mn3+ và tỉ lệ Mn3+/Mn4+. Chính điều này đã làm giảm cường độ của tương tác trao đổi kép dẫn đến sự suy giảm nhiệt độ chuyển pha Tc của các mẫu.
Ở bảng 3.3 còn cho thấy nhiệt độ chuyển pha TC giảm theo các thành phần pha tạp từ Al cho đến Cu. Hình 3.7 chúng tôi giả thiết rằng vấn đề này có liên quan đến số thứ tự các nguyên tố trong bảng tuần hoàn và trọng lượng nguyên tử của chúng:
TM Số thứ tự Trọng lượng nguyên tử
Al 13 26,98
Cr 24 52,00
49
Hình 3.7. Tương quan nhiệt độ chuyển pha TC và các nguyên tố pha tạp trong các mẫu nghiên cứu