Nghiên cứu tính chất từ, từ trở của các mảng mỏng dạng băng FeCu PHA Co

các vật liệu có cấu trúc dị thẻ eôm các hạt săt từ kích thước nanỏ được phân bô trên nên phi từ cũng có hiệu ứne G M R , B an chàt cua hiệu ứng G M R được khăng định là do sự tán x ạ phụ

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI TRƯ Ờ N G ĐẠI H Ọ C KHOA H Ọ C T ự NHIÊN

TÊN ĐÈ TÀI:

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ, TỪ TRỞ CỦA CÁC MẢNG MỎNG DẠNG BẢNG FeCu PHA Co

M Ả SÓ: Q T - 04 - 07

C H Ủ TRÌ Đ È TÀI: TS H O À N G N G Ọ C T H À N H

ĐAI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÁM THÕNG TIN THU VIẸN

D ĩ / / / / ỗ

Đ Ạ I H Ọ C Q Ư Ó C G IA H À N Ộ I

T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K H O A H Ọ C T ự N H IÊ N

T Ê N Đ È TÀI:

N G H IÊ N C Ứ U T ÍN H C H Ấ T TỪ , T Ừ T R Ở C Ủ A

C Á C M Ả N G M Ỏ N G D Ạ N G B Ă N G FeCu PH A Co

M Ã SÓ: Q T - 04 - 07

C H Ủ TRÌ Đ È TÀI: TS H O À N G N G Ọ C T H À N H

C Á C C Á N BỌ T H A M GỈA:

HVCH: Vù Nguyên Thức

GS TS Nguyễn Hữu Đức

HÀ NỘI - 2005

M Ụ C LỤC

Phần chính báo cáo

Báo cáo tóm tắ t

B r ie f report o f p ro je c t

M ụ c lụ c

M ớ đ ầ u

N ộ i dung c h ín h

Phần 1 T ô n g quan về tinh hình nghiên cứu các m àng m ong dạng băng Phân 2 K.V thuật thực n g h iệ m

Phần 3 K ế t qua nghiên cứ u

K ế t lu ậ n

T à i liệu tham k h a o

M Ở Đ Ầ U

H iệ u ứng từ trơ không lồ ( G M R ) thường quan sát được trong các v ậ t liệu co cấu trúc đa lớp gôm các lớp k im loại sắt từ xen kẽ với các lớp k im loại kh ò n a từ tính ( F M / N M ) [1 ] N g o à i các m àng đa lớp các vật liệu có cấu trúc dị thẻ eôm các hạt săt từ kích thước nanỏ được phân bô trên nên phi từ cũng có hiệu ứne G M R , B an chàt cua hiệu ứng G M R được khăng định là do sự tán x ạ phụ thuộc spin cua các điện tư dẫn

Đ â y chính la cơ chế tán x ạ s- d Dưới tác động cua từ trườne ngoài các m ô m en từ trong các lớp hoặc tro n e các hạt sẩt từ thay đôi định hướng sẽ làm thay đôi sự tán xạ cua các điện tư dần có spin khác nhau.

T ro n g những năm gần đây nhiều công trìn h khoa học công bố về hiệu ứng G M R trong hệ hạt chê tạo bãng phương pháp nguội nhanh với xứ lý nhiệt thích hợp tạo nên cấu trúc với các hạt sẳt từ k íc h thước nanô trên nền không sắt từ Sự phản bố và kích thước cua các hạt sắt từ nông độ các nguyên tô 3d cũna đã được nghiên cứu [2 3 ].ơ

n hiệt độ phòng, hệ C u - C o với nông độ C o không lớn cho ty sô từ trơ cỡ 5 - 6 % Ị4 ] V a i trò cua Fe trong hệ C u C o liên quan tới hiệu ứng G M R cùne đang được quan tâm nhiều [5].

Đ ê tìm hiêu v a i trò cua Fe chúne tôi đã tiến hành khao sát hệ hợp k im

C u -F e -C o vớ i hàm lượne Fe thay đôi từ 2 - 10 % nguyên từ H ệ hợp k im C u -F e -C o đã được nghiên cứu ca lý th u yết lẫn thực nghiệm

7

NỘI DUNG CH ÍN H PHẢN 1: M Ỏ H ÌN H LÝ TH U Y ẾT XÁC ĐIN H G M R

M ô hình lý th u yết đê tính toán tý số G M R được x â y dựng dựa trẽn cơ sơ mô hinh hai dòng cua M o tt T h eo mô hình này các điện tư dẫn trong vật liệu tạo thành hai kênh dần riêng biệt K ên h thứ nhất được tạo thành do sự chuvên động cua các điện tư

có spin thuận (cùng ch iêu với từ độ tự p hát)., kênh thứ hai được tạo thành do sự chuyên động cua các điện tư có spin nghịch (ngược chiêu với từ độ tự phát).

D ựa trên cơ chế tán xạ s - d giữa các điện tư 4s cua nền k im loại phi từ với các trạng thái 3d cua các hạt săt từ chi có các trạng thái 3d còn trông ơ 2 ản lân cận mức Fécm i mới tham gia vào quá trìn h tán xạ và chi có các điện tư 4s mới tham eia vào quá trình dẫn điện K h i đó điện trơ suất sẽ ty lệ với mật độ trạng thái ơ mức Fécm i

p - N(Ef).

N h ư vậ y điện trơ suất cua hai kênh thuận và nghịch tương ứng sẽ là p t và P ị có thể biêu diễn dưới dạng sau:

p~ - N-iE/.) và P ị - N ị ( E F).

K h i không có từ trường ngoài các m ô m en từ cua các hạt trong vật liệu ơ trạna thái không cộng tuyên, có thê xem trạng thái này tươne dương với trạng thái phan săt

từ trong các m àng m ong đa lớ p K h i đó điện trơ suât cua vật liệ u được tín h theo công

p.V + p

K h i có từ trườ na n aoài các m ô m en từ cua các hạt trong vậ t liệ u ơ trạng thái săt

í , _ 2A P

từ cộne tuyên và điện trơ suảt dược tính theo công thức: P( - -.

p*+p,

T ý số G M R được xác định như sau:

G M R > 1 1 ' p Ị - p „ ' Ịn ( E, ) -n j e , )]

(1)

K h i k h ô n e có tách vùng nàng lượna thì N t ( E f ) - N „ ( E ị ) và G M R = 0.

K h i x a y ra sự tách mức cua vùng nãne lượna tức là có m ặt cua các spin thuận

và nghịch tạ i m ức Féc m i sẽ được biẻu d iễn theo công thức sau:

Trff 10

N J E , ) = ■ - (£ / - A £ ) : + V £ , - A E

7ĩW "

T ô n g so đ iện tư m ỗ i kênh sẽ là:

m — —~ T f : -¡w- -ErdE + f yjE-WdE

J-H-(2)

(3)

(4 )

10

ơ ¿/ây vù n g n ă n g lư ợ n g 3 d đư ợ c chọn là:

A! , ( E ) = — — y j w2 - f 2 ( w là độ rộng vùng năng lượng)

7T^

và vùng năng lượng cua các điện tử dần 4s cua k im loại 3d ơ trạng thái 4s được chọn

K h i đó m ật độ trạng thái tông cộng cua k im loại 3d sẽ là:

10 -Viv' - -e'-+ JẼ

N { E ) =

7tW

T íc h phàn hai phương trình (4 ) và (5 ) ta thu được số điện tư tống cộng cua hai kênh là:

25n

+

n - nr +11, — ——

5 n

arc sin

+

-arcsin E, - AE

T ừ phươne trình (6 ) nhận th ấy tông số điện tư dần n là hàm cua mức năng lượng Fecm i ( E f ) V ớ i các k im loại cho trước, tông số điện tư (3 d v à 4 d ) đã được xác định

V ớ i giá trị n v à A E cho trước, theo phương trin h ( 6 ) ta tính được năng lượng Ef và theo các côna thức (2 ) v à (3 ) xác định được m ật độ trạne thái N A( E F).N ^ (E f:).

T h a y các giá trị trên vào phươna trìn h (1 ) ta thu được ty sô G M R

9

PHẢN II: KỸ TH U Ả T TH Ư C N G H IÊM

C ác băng từ C u 90F e i0_xC o v ( X = 2 4 8 10) được chế tạo băne phươne pháp nguội nhanh C ác m ẫu được làm sạch bề m ặt và u nhiệt trong chân k h ô n s cao tại nhiệt

độ 4 0 0 5 0 0 và 5 5 0 ° c trong thời gian 1 giờ.

N g h iê n cứu các tín h chât cua hệ băng từ qua các phép đo như: phản tích nhiều

xạ tia X Đ o từ trơ bằng phương pháp đo 4 m ũi dò tại nhiệt độ phòng.

T y số G M R được tính theo công thức:

A R R( H) ~ R{0)

R{ o f R{ 0)

V ớ i R ( H ) là điện trơ cua m ẫu trong từ trường và R (0 ) là điện trơ m ẫu tại H = 0.

PHẢN III: K É T QUẢ N G H IÊN c ử u

3.1 Nẹhiên cứu cấu trúc

K ẽ t qua phân tích phô nhiễu x ạ tia X cua các m ẫu C u 9()Fe]().NC < \ với các thành phẩn X khác nhau được trìn h b à v trẽn hình 3 I

Hình 3.1 Phô nhiễu xạ tia X củ a các máu CihMJFeU).xC o x chưa ú nhiệt ií i )

và lí ở 500 "C trong vòng ll i (b).

H ìn h 3.1 a là phô nhiều x ạ tia X cua các m au chưa u nhiệt, nhặn thây neoài sự hình thành cua các hạt C u còn có m ặt cua các hạt C o (F e C o F e ) chưa được rõ nét trên phô nhiều xạ Đ iề u n ày có thê do nguyên nhân cường độ nhiều x ạ đặc trưng cho các hạt Co

Fe C o F e vếu nèn bị đin h nhiễu xạ đặc trưng cho các hạt C o bao phu.

Phô nhiễu xạ cua các m ầu u ơ 5 0 0 ° c được Trình bày trên hình 3 1 b T ừ anh

* phô nhiều x ạ nhận th ấ y sau kh i u n hiệt sự hình thành cua pha « - Fe đã rõ nét với các mầu nồna độ Fe cao như X - 2 4 Sự hinh thành cua các hạt C o với X = 10 và 8 sau khi

u nhiệt cũ n e chưa thè hiện rỏ nét.

C ác kế t qua ty số G M R cua hệ m ẫu Cug0F e |0.xC o v đo ơ n hiệt độ phòng được trình bày trên hình 3 2 D o từ trường chưa đu lớn nên G M R chưa hoàn toàn bão hòa

T u y nhiên k h i nồng độ C o thay thế tăng nhận thấy tỳ số G M R cũng tă n a lên.

3 2 H i ệ u ứ n g G M R

ế*

0

-0.2

-0.4

-0.6 -0.8 -1

X = 8

H„H (T )

0.9

Hình 3.2 T ỉ sô GMR của hệ mẩu C ulJ0F e ll).xC o ị cliưa ti nhiệt.

Sự phụ thuộc cua ty số G M R tại từ trườne |i<)H = 0 9 T vào nông độ C o được trìn h bày trên hìn h 3 2

n ồ n g đ ộ C o (X )

Hình 3.3 Sự phụ thuộc của ti SÕGMR cùa hệ C u mFe in.yCo, vào X.

N h ận thấy rằng sự có m ặt cua F e đã làm g iam ty số G M R Đ ê so sánh giữa thực nghiệm v à m ô hìn h lý thuyết đã trìn h bàv ơ trên, sự phụ thuộc cua ty số G M R vào tông

sô điện tư (n ) được trìn h bày trẽn hình 3.4 Q u á trình tính toán thực n eh iệm độ tách vùng năng lượng AE = 1 eV.

Tông s ố điện tư í rì) Hình 3.4 Sự phụ thuộc cua ty sô G MR vào tông sô điện tư

C ó thè nhận th ấy ty số từ điện trơ G M R giam do nông độ Fe thay thê tăng còn

do anh hương cua các yếu tố khác như m ật độ trạng th ái, cấu trúc vùng năng lượne

KÉT LUẬN

Đ ược sự giú p đỡ cua đề tài Q T 04 - 0 7 trong quá trìn h nghiên cứu đã thu được

m ột số kết qua sau:

1) Đ ã chê tạo được hệ vậ t liệu CugoFeio-xC o x vớ i thành phân X = 2 4 8, 10 băng

ph ư ơn g p h á p nguội nhanh.

2) K hao sá t cáu trúc, tỵ sô từ điện trơ <GMR) cua hệ màu cho thày mau có cáu trúc nanô d ị thè, tỷ sô GMR giam khi nóng độ Fe tảng.

3) Mô hình lý thuvẻt đưa ra áp dụng với độ tách vùng năng lượng AE = I eV lù phù hợp với két qua thực nghiệm thu được.

4) Sự thav đ ỏ i cua tỵ sô từ điện trơ GMR không những chi ph ụ thuộc vào nông độ

Fe th ay thẻ mà còn ph ụ thuộc vào m ật độ trạng thái, cáu trúc vùng năng lượng

và cáu trúc giữ a các lớp interfaces

TÀI LIÊU THAM KHẢO

[1 ] A B a th e le m y A Fert and F P rtro ff H an d b o o k o f M a g n e tic M a te ria ls K H J

B uschow ed N o rth - H o lla n d A m s te rd a m , v o l 12 (1 9 9 9 ) chapter 3 p l

[2 ] R H Y u X X Z h a n g J T ejad a M K n o b el P T ib e rto and P A llia M a g n e tic properties and g iant m agnetoresistance in m elt - spun C o - C u alloys A p p l Phys 78 (1 9 9 5 ) p 39 2

[3 ] E F F e rra ri F C S da S ilv a and M knobel In flu en ce o f the distribution o f

m agnetic m om ents on the m ag n etizatio n and magnetoresistance in granular alloys Phys R ev B 56 ( 1 9 9 7 ) p 6 0 8 6

[4 ], N H N g h i N D N h a n C V T h a n g N X P h u c N M H o n g N H D u e N A T u a n B

X C h ie n and L M H o a G M R effect o f ra p id ly so lid ified C o - C u alloys Procced o f the fifth V ie tn a m e s e - G erm an S em inar on Physics and E n g in eerin g H u e 25 Ferb - 02

M a rc h 2 0 0 2

[5 ] F W a n g Z D Z h an g T Zhao M G W a n g D K X io n g , X M Jin D Y G eng

X G Z h a o W L iu and M H Y u G ia n t m agnetoresistance in C o -F e -C u granular ribbons J.Phys.: C ondens M a tte r 12 (2 0 0 0 ) 4 8 2 9

15