Luận án Tiến sĩ: Dị hướng từ và Tái định hướng spin trong vật liệu RFe11Ti
"Luận án nghiên cứu dị hướng từ và tái định hướng spin trong hệ vật liệu RFe11. Áp dụng phương pháp luận PTS vật lý 02 13."
Luan An
Số trang
114
Thời gian đọc
18 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- Tổng quan vật liệu RFe11Ti: cấu trúc và tính chất từ
- Số trang:
- 114 trang
- Tác giả:
- Luan An
Tóm tắt nội dung luận án
I.Tổng quan vật liệu RFe11Ti cấu trúc và tính chất từ
Vật liệu RFe11Ti là hợp chất liên kim loại đất hiếm-kim loại chuyển tiếp. Chúng được nghiên cứu rộng rãi cho ứng dụng nam châm vĩnh cửu. Hiệu suất nam châm cao đòi hỏi cảm ứng từ B_r và lực kháng từ H_c lớn. Nhiệt độ Curie (T_C) cũng là yếu tố quan trọng. Giá trị B_r cao liên quan đến từ độ bão hòa M_s lớn. Lực kháng từ cao yêu cầu dị hướng từ mạnh. Dị hướng từ tinh thể là loại dị hướng quan trọng trong vật liệu này. Hợp kim R-T kết hợp moment từ cao của đất hiếm (R) và kim loại chuyển tiếp (T). Tương tác trao đổi mạnh mẽ trong phân mạng T cũng góp phần. Vật liệu RFe11Ti có cấu trúc tinh thể đặc trưng. Các tính chất từ cơ bản quyết định tiềm năng ứng dụng của chúng.
1.1. Cấu trúc tinh thể và các nguyên tố R Fe Ti
Cấu trúc tinh thể của hợp chất RFe11Ti là yếu tố then chốt. Cấu trúc này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất từ. Các nguyên tố đất hiếm (R) chiếm các vị trí đặc biệt. Sắt (Fe) và Titan (Ti) cũng có vị trí riêng. Sắt là nguyên tố chính tạo ra moment từ lớn. Titan thường đóng vai trò ổn định pha. Sự sắp xếp nguyên tử này tạo nên dị hướng từ tinh thể. Việc thay thế nguyên tố R ảnh hưởng đến cấu hình electron. Điều này làm thay đổi trường tinh thể tại vị trí nguyên tố đất hiếm. Từ đó, dị hướng từ tổng thể của vật liệu bị biến đổi.
1.2. Moment từ và tương tác trao đổi trong RFe11Ti
Moment từ trong RFe11Ti đến từ cả hai phân mạng. Phân mạng đất hiếm (4f) và phân mạng sắt (3d) đều đóng góp. Tương tác trao đổi mạnh mẽ tồn tại giữa các nguyên tử Fe. Tương tác trao đổi R-Fe cũng rất quan trọng. Đây là tương tác chi phối nhiệt độ Curie của vật liệu. Mô hình trường phân tử thường được dùng để mô tả. Các tương tác này xác định sự định hướng của spin. Chúng ảnh hưởng đến các chuyển pha từ. Việc hiểu rõ tương tác trao đổi là cần thiết để điều chỉnh tính chất từ.
II.Dị hướng từ tinh thể và tái định hướng spin RFe11Ti
Dị hướng từ tinh thể là tài sản quan trọng của vật liệu RFe11Ti. Dị hướng từ này quyết định khả năng giữ từ hóa. Nó là điều kiện cần để đạt được lực kháng từ cao. Dị hướng từ phát sinh từ tương tác giữa moment từ và cấu trúc tinh thể. Năng lượng dị hướng mô tả sự ưu tiên của hướng từ hóa. Hiện tượng tái định hướng spin là sự thay đổi hướng từ hóa dễ dàng. Sự thay đổi này xảy ra khi nhiệt độ hoặc trường từ biến đổi. Nghiên cứu sâu về dị hướng từ giúp tối ưu hóa vật liệu.
2.1. Năng lượng dị hướng và quá trình từ hóa
Năng lượng dị hướng định lượng độ "cứng" của trục dễ từ hóa. Giá trị năng lượng này phụ thuộc vào nhiệt độ và loại nguyên tố R. Quá trình từ hóa vật liệu diễn ra theo hướng năng lượng dị hướng thấp nhất. Mô tả lý thuyết về năng lượng dị hướng tinh thể được phát triển. Các hệ số dị hướng đóng vai trò quan trọng. Chúng phản ánh hình dạng của bề mặt năng lượng dị hướng. Hiểu rõ năng lượng dị hướng giúp kiểm soát đặc tính nam châm.
2.2. Dị hướng từ của phân mạng 3d và 4f
Dị hướng từ trong RFe11Ti có hai nguồn chính. Một đến từ phân mạng sắt (3d). Một nguồn khác đến từ phân mạng đất hiếm (4f). Dị hướng từ của phân mạng 3d thường không đổi ở nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, phân mạng 4f đóng góp dị hướng từ mạnh và phụ thuộc nhiệt độ. Tương tác trường tinh thể với moment 4f tạo ra dị hướng tinh thể R. Sự cân bằng giữa hai đóng góp này quyết định dị hướng tổng thể. Sự thay đổi tương tác này có thể dẫn đến tái định hướng spin.
2.3. Hiện tượng tái định hướng spin theo nhiệt độ
Tái định hướng spin là một chuyển pha từ. Hiện tượng này thường xảy ra ở nhiệt độ cụ thể. Tại điểm tái định hướng spin, hướng từ hóa dễ dàng thay đổi. Sự thay đổi này có thể là từ trục sang mặt phẳng hoặc ngược lại. Nó là kết quả của sự cạnh tranh giữa các đóng góp dị hướng từ. Nhiệt độ thay đổi làm năng lượng dị hướng của phân mạng 4f biến đổi. Điều này gây ra sự dịch chuyển của trục dễ từ hóa. Việc kiểm soát nhiệt độ tái định hướng spin là cần thiết.
III.Phương pháp nghiên cứu và xác định tính chất từ RFe11Ti
Việc nghiên cứu vật liệu RFe11Ti đòi hỏi phương pháp thực nghiệm chính xác. Các phép đo cần thiết để xác định dị hướng từ và tái định hướng spin. Chế tạo mẫu là bước đầu tiên và quan trọng. Mẫu phải có chất lượng cao để đảm bảo kết quả đáng tin cậy. Các thiết bị đo từ độ và trường từ được sử dụng. Phân tích kết quả cung cấp thông tin về tính chất từ.
3.1. Chế tạo mẫu khối và mẫu bột định hướng
Mẫu vật liệu RFe11Ti được chế tạo qua nhiều công đoạn. Quy trình bao gồm tạo mẫu khối ban đầu. Sau đó, mẫu được nghiền thành bột mịn. Bột này được ép trong từ trường để tạo mẫu bột định hướng. Mẫu bột định hướng giúp xác định trục dễ từ hóa. Chất lượng của mẫu ảnh hưởng trực tiếp đến phép đo. Cần kiểm soát chặt chẽ các thông số chế tạo.
3.2. Đo từ độ xác định nhiệt độ Curie và góc lệch
Hệ đo từ độ được sử dụng để khảo sát tính chất từ. Phép đo từ độ theo nhiệt độ giúp xác định nhiệt độ Curie (T_C). T_C là điểm chuyển pha từ từ trạng thái sắt từ sang thuận từ. Phép đo từ hóa trong từ trường vuông góc với trục dễ từ hóa. Điều này giúp xác định góc lệch của trục từ hóa. Ngoài ra, đo hệ số từ hóa động (X_ac) cũng cung cấp thông tin. Các phép đo này cùng nhau cung cấp bức tranh đầy đủ về dị hướng từ.
IV.Kết quả nghiên cứu dị hướng từ và tái định hướng spin RFe11Ti
Kết quả thực nghiệm cung cấp thông tin quan trọng về RFe11Ti. Các nghiên cứu tập trung vào dị hướng từ và tái định hướng spin. Chúng khảo sát ảnh hưởng của nguyên tố đất hiếm đến tính chất này. Dữ liệu từ độ và nhiệt độ tái định hướng spin được thu thập. Các vật liệu khác nhau trong hệ RFe11Ti có đặc tính riêng biệt. Phân tích kết quả giúp hiểu rõ cơ chế chuyển pha từ. Điều này hướng dẫn việc phát triển vật liệu mới.
4.1. Dị hướng từ và tái định hướng spin trong DyFe11Ti
Vật liệu DyFe11Ti được nghiên cứu kỹ lưỡng. Dị hướng từ tinh thể của DyFe11Ti được xác định. DyFe11Ti thường có trục dễ từ hóa song song với trục c. Tuy nhiên, tái định hướng spin có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp. Sự đóng góp của phân mạng Dy (4f) chi phối. Nhiệt độ tái định hướng spin cụ thể được ghi nhận. Những kết quả này làm sâu sắc hiểu biết về vật liệu chứa Dy.
4.2. Khảo sát RFe11Ti với các nguyên tố đất hiếm khác
Các vật liệu RFe11Ti khác cũng được khảo sát. Ví dụ, TbFe11Ti và SmFe11Ti. Mỗi nguyên tố đất hiếm mang lại đặc tính dị hướng từ riêng. TbFe11Ti cho thấy tái định hướng spin rõ ràng. SmFe11Ti có thể có dị hướng từ hướng trục mạnh. Việc pha tạp Sm vào các hợp chất TbFe11Ti làm thay đổi tính chất từ. Tương tác trường tinh thể và moment 4f của từng nguyên tố R là khác nhau. Sự thay đổi này dẫn đến các kiểu tái định hướng spin đa dạng.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (114 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộMUC LUC Trang Lòi càm on Mcf dau 1 Chaang 1. He vat lieu RTj ^Ti, càc tinh chat chung 9 1.1 Càu truc tinh the 9 1.2 Moment tir dàt hiem 14 1.3 Moment tir ciia hop chat RFe^ ^Ti 15 1.3 Cac Ioai tuong tac trao doi trong vat liéu R F e ^ T i. Nhiét do Curie 15 1.1 Mò hình truòng phàn tir ciia càc Ioai tucmg tac trao dói 15 1.2 Két qua thirc nghiem ve tuong tac trao dói, nhiet dò Curie 18 trong vat lieu R T y T i x Chuong 2. Ly thuyet mò tà di huótig tir tinh the.
Cac nghién cuu ve di 22 hucmg tir va hien tuong tai dinh huóng spin trong he vàt liéu RFeiiTi 2.1 Mò tà hien tugng luan di huóng tir tinh the 22 2.1 Nàng lugng di huóng 22 2.2 Càc qua trình tir boa 25 2.3 Su phu thuòc nhiet dò cùa tir dò 27 2.2 Mò tà vi move di huóng tir cùa càc hop chat R-T 29 2.1 Di huóng tir cùa phàn mang 3d 29 2.2 Dj huóng tir cùa phàn mang 4f 31 2.3 Càc qua trình tir hóa 39 2.4 Su phu thuòc nhiet dò cùa tir do .3 Càc nghién cuu ve di huóng tir, hien tugng tài dinh huóng spin 43 trong càc vat lieu RFej jTi Chucmg 3. Phucmg phàp thuc nghiem 50 3.1 Tao màu khoi 50 3.2 Tao màu bòt dinh huóng 50 3.2 He do tir do 54 3.3 Càc phép do 57 3.2 Xàc dinh diém Curie 58 3.3 Phép do xàc dinh góc lech cùa phucfng de tir hóa khòi truc tinh the.4 Do he so' tir hóa dong X^^ 65 Chuong 4. Di huóng tir va hien tuong tài dinh huóng spin trong he vat 67 lieuDyi. Di huóng tir va hien tircmg tài dinh huóng spin trong he vat 83 lieu Tb^.^Y^Fei j^Ti Chuong 6.
Di huóng tir va hien tuong tài dinh huóng spin trong he vat 93 liéu Tbi_xSmxFe]^iTi. Ketluan 103 Tài liéu tham khào ^ 105 MÒDAU QUA TRÌNH NGHIÉN OJU Cué TAO GAG VÀT LIÉU T Ù G I J N G DAT HIÉM - KIM LOAI GHUYÉN TléP. Mot trong càc tinh chat quan trong nhat cùa mot nam chàm vTnh cxiu là già tri tich nàng liidng (BH)niax- Muon co già tri (BH)niax ^^^* ^^^ ^^^^ phài co càc già tri càm ling tu d\i Bj- va lij'c khàng tu H^ cao. Qua trình nghién ciiu tìm tèi càc vat lieu mói dùng làm nam chàm vình ciiu là qua trình di tìm càc vat lieu co Bj- va He cao.
Ngoài ra cùng can nói thèm ràng già tri nhiet do trat ti^ tu Curie T^ cùng là mot thòng so quan trong cùa vat lieu. Nam chàm vình ciiu phài duy tri diidc càc tinh chat tu tai nhiet do dù cao de co the làm viec dxidc trong dieu kien thiic te. Già tri BJ- cao sé dat du!dc neu vat lieu co già tri tu do bào hòa Mg lón. Trong khi do diéu kien can de co diidc già tri hic khàng tu cao là vat lieu co di hxióng tu manh.
Bàn chat cùa di hu'óng tu co hai Ioai, chia càc vat lieu tu ciing làm hai Ioai, Ioai thii nhat co di hufdng tu du!dc xàc dinh tu di hu'óng hình dang cùa càc hat tao nén khoi nam chàm, Ioai thii hai bao gòm càc nam chàm vói ìxic khàng tu tao bdi di hi^óng tu tinh the cùa vat lieu. Viec phàt hien ra càc hdp kim R-T dat hiem-kim Ioai chuyén tiep là mot bu'óc ngoat lón trong lich sii phàt trién càc nam chàm vình ciiu. Ó càc nam chàm Ioai R-T, dà ket hdp du'dc nhùng tinh chat qui bau cùa cà dat hiem va kim Ioai chuyén tiep. Do là già tri moment tu cao cùa càc p h à n mang R va T, tu'dng tac trao dói manh trong p h à n mang T.
Càc tinh chat do dàm bào dièu kien dat du'dc già tri Mg va Te cao. Dac biet quan trong càc hdp kim R-T thu'dng co di hu'óng tu tinh the lón ma chù yéu do dóng góp cùa phàn mang dat hiem. Trong nhùng nam 60, càc hdp kim RC05 dà du'dc nghién ciiu va dUa den ket qua là nam chàm dat hiem-kim Ioai chuyén tiep dau tién SmGo5 dà du'dc che tao vói già tri tich nàng tu'dng (BMjj^ax^^^ MGOe [60]. Nhàm muc dich giàm già thành, ngu'di ta dà cho ra ddi Ioai nam chàm co thành p h à n hòn hdp Sm(Go,Gu,Fe,Zr)7_8.
Trong Ioai vat lieu này, Co dà du'dc thay the mot p h à n càc nguyén tó khàc (chù yeu là Fé) den miic tòi da cho phép (15%) [43]. Càc nghién cùu càc hdp kim R-Fe cùng dà du'dc thxic hien dòng thdi vói sii phàt trién cùa nam chàm Sm-Co. Càc nam chàm Ioai R-Fe du'dc che tao thành còng sé co y nghìa kinh té rat lón bdi vi già thành Sm va Co deu rat cao. Tuy nhién, khòng tòn tai hdp kim R- Fe nào vói càu truc CaCu5.
Hdp kim R-Fe chi tòn tai vói càu truc dòng dang vói R2C017 (Th2Ni]^7 hoac Th2Zni7). Nhu'ng trong càc hdp chat R2Fei7, nhiet do Curie rat thàp va di hu'óng là mat phàng day. Rat nhieu co gang dà du^dc thij'c hien nham che tao Ioai nam chàm 2:17 giàu sat nhvfng cuòi cùng vàn khòng dat du'dc sii thành còng nào [7]. Thdi gian gàn day, mot so tàc già [28,39] de xuàt khà nàng che tao Ioai vat liéu (R,R')2 (Fé,Co) 17 trén ed sd sii dung khà nàng chiem chò vtu tién cùa hai vi tri dàt hiem trong càu truc Th2Nii7 de dat du!dc di hiJÓng ddn truc tu phàn mang (Fé,Co), khii di hu'óng mat phàng day.
Ve mat ly thuyet, tich nàng tu'dng co the dat tói già tri 62 MGOe. Theo mot chieu hu'óng khàc, càc nhà nghién ciiu di tìm càc hdp kim R-Fe. co sii tham già cùa mot nguyén tó thii ha dóng vai trò òn dinh pha. Nam 1979 Chaban va còng su' [13] phàt hien su' tòn tai cùa mot pha giàu Fé trong he ha nguyén Nd-Fe-B.
IVIài den nam 1984 Ioai vat liéu Nd-Fe-B mói thxic s\i dxidc phàt hien nhii mot Ioai nam chàm vình ciiu bdi Sagawa va còng sxi [55]. No co càu truc tinh the tii giàc vói thành phàn 2- hdp thiic Nd2Fex4B. Tich nàng lu'dng cxic dai (BH)jnax *^^^ ^ ^ ^ chàm Nd2Fei4B co the' lón hdn 40 MGOe. Loai vat liéu này co hai dac tinh quan trong, tnJÓc het kim loai chuyén tiep d day là Fé, ma già thành cùa Fé rè hdn nhieu so vói Co, thii hai là càu truc tinh the cùa vat lieu dà du'a den he qua là Nd va Pr chù khòng phài Sm co di hu'óng ddn truc.
Su' phàt hien ra loai nam chàm Nd2Fei4 B khòng chi co y nghia ùng dung ma con thùc day càc nghién ciiu ed bàn nhàm tìm ra càc hdp kim R-T giàu sat khàc co khà nàng dùng làm nam chàm vình ciiu [15,8,9]. Trong vat liéu R2Fe]^4B, boron co the du'dc thay the bdi carbon, tao nén he hdp chat R2Fei4C [3]. Cùng ho càu truc 2:14:1, con co mot he vat liéu thù ba, he R2C014B. Ben canh u'u diém chình là nhiet dò Curie rat cao, he so nhiet dò nhò, he vàt liéu R2Co]^4B co nhu'dc diém là tniòng di hu'óng H^ •> giàm nhanh khi nhiet dò tàng.
Ci nhiet dò thàp vói càc dàt hiem nhat dinh, di hu'óng cùa phàn mang dàt hiem là ddn truc co vai trò quyet dinh. Tai nhiet dò cao, di hu!Óng mat phàng day cùa Co lai trd nén quan trong, dà làm giàm nhanh di hu'óng tòng còng. Trong thij'c te ngu'di ta thu'dng pha tron Fé va Co theo ti le thich hdp de tao nén nam chàm co p h a m chat tòi u'u phù hdp vói yéu càu sii dung. Mot loai vat liéu khàc cùng du'dc quan tàm nghién cùu, do là càc hdp chat R2F6l7Cx- CJ loai vat liéu này, càc nguyén tu carbon du!dc du'a vào theo Cd che dièn kè giùa càc vi tri 9e cuà càu truc Th2Zni7.
Nhiet do Curie tàng manh theo nòng dò carbon, dat tói hdn 500 K khi x > 1 [26]. Tù càc nghién ciiu Mòssbauer, nhieu tàc già [25] cho thày già tri tuyét dòi cuà he so tnióng tinh the bàc hai A2^, lién quan den di hu'óng tù tinh the cùng dà tàng dàng ké, dat den già tri A2^ = -710Kao"^ trong tru'dng hdp Gd2Fei7Cx [34]. Hiéu ùng này, cùng vói sxi tàng manh cùa -3 nhiét dò Curie gay bdi carbon dà làm cho vàt liéu R2Fei7Cx trd nén co khà nàng ùng dung nhu' mot vàt liéu tù cùng. Dac biet thdi gian gàn day, nhieu nhóm nghién cùu trén the giói dà tap trung nghién cùu càc hdp kim dàt hiem kim loai chuyén tiep loai R(TM)i2 trong dò, dàng quan tàm hdn cà là loai vat lieu RT^^Ti.
VÀI NET QUA TRÌNH NGHIÉN CljfU HE VAT LIÉU R(TM) 12 CR = DAT H I É M ; T = KIM LOAI CHUYÉN TlÉP ; M = CÀC KIM LOAI KHÀC ) Càc hdp chat he R(TM)i2 co càu trùc tinh thè' loai ThMni2 (hình 1.1), dò là mang tù giàc tàm khoi vói nhóm khòng gian I4/mmm. Càc nguyén tù Thorium chi chiem mot vi tri 2a; càc nguyén tù manganese chiem ba vi tri 8f, 8i, 8j. Ngay tù nhùng nàm 60, càc hdp kim dàt hiem kim loai chuyén tiep vói càu truc ThMnx2 dà du'dc nghién cùu, vi du Krichmayr (1966) [36] nghién cùu càc tinh chat tù cùa càc hdp chat RMnx2- ^^^ nhùng nàm 70, mot so tàc già nghién cùu càc tinh chat tù cùa càc hdp chat RFe4Al3 [3,8,17]. Dàu nhùng nàm 80, còng viec này du'dc tiep tue bdi Felner va còng su: trén he RT5AI5 va RT5AI7 (1980) [18,19] (T=Cr,Mn,Fe,Cu).
Gàn day, Wang va còng sxi (1988) [64] dà md rong giói han thành p h à n cùa Fé lén den x = 10 trong hdp chat GdFexAl]^2-x bang ky thuàt p h u n màng va nhiét dò Curie dà di^dc nàng lén den già tri xàp xi 500 K so vói 345 K cùa GdFe^Als. Mac dù hdp chat RFei2 khòng tòn tai nhu'ng mot so càc tàc già nhu' de Mooij va Buschow [44], de Boer va càc còng sxi [4], Buschow va còng su' [9] dà thòng bào rang càc hdp chat RFei2-xMx co the du'dc òn dinh khi x > 1 vói M = Ti, V, Cr, Mo, W va Si de tao nén càc hgfp chat trung gian vói càu truc ThMn]^2' Nhiét dò Curie cùa càc hdp chat này thu'dng lón hdn 500 K, riéng tru'dng hdp Gd dat -4 den 600 K. Khi thay the mot phàn sat bdi cobalt, hiéu ùng chù yeu là nhiét dò Curie tàng manh theo nòng dò cobalt. Trong càc hdp chat RFe]^2-xMx' di hu'óng cùa phàn mang sàt là ddn truc [4].
He so tru'dng tinh thè' bàc hai A2^ tai vi tri 2a cùa càc nguyén tù dàt hiem co già tri àm [9], dò lón già tri tuyét dòi cùa nò nhò hdn so vói càc hdp chat RC05 va R2Fei4B.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Dị hướng từ và tái định hướng spin trong vật liệu RFe11Ti (n.d.) [Luận án tiến sĩ]. LuanAn.net. https://luanan.net/vat-ly/luan-an-tien-si-di-huong-tu-tai-dinh-huong-spin-vat-lieu-rfe11ti
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Dị hướng từ và tái định hướng spin trong vật liệu RFe11Ti" nghiên cứu về vấn đề gì?
"Luận án nghiên cứu dị hướng từ và tái định hướng spin trong hệ vật liệu RFe11. Áp dụng phương pháp luận PTS vật lý 02 13."
Luận án "Dị hướng từ và tái định hướng spin trong vật liệu RFe11Ti" có bao nhiêu trang?
Luận án "Dị hướng từ và tái định hướng spin trong vật liệu RFe11Ti" có 114 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Dị hướng từ và tái định hướng spin trong vật liệu RFe11Ti" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.