Các trang trong thể loại “vật lý vật chất ngưng tụ”

Tần số tuế sai của từ hóa này phụ thuộc vào hướng đặt vật liệu, cường độ của trường từ, cũng như độ từ hóa vĩ mô của vật; tần số tuế sai hiệu dụng của sắt từ thấp hơn nhiều so với tần số

Trang 1

Các trang trong thể loại “Vật lý vật chất

ngưng tụ”

Trang 2

Mục lục

1.1 Mô tả 1

1.2 Ứng dụng 1

1.3 am khảo 1

1.4 Xem thêm 1

1.5 Liên kết ngoài 1

2 Boson 2 2.1 am khảo 3

2.2 Xem thêm 3

3 Cấu trúc tinh thể 4 3.1 Ô cơ sở 4

3.2 Hệ tinh thể 4

3.3 Phân loại các loại mạng tinh thể 4

3.4 Nhóm điểm và nhóm không gian 4

3.5 Sai hỏng mạng 5

3.6 Xem thêm 5

3.7 am khảo 5

4 Chất lưu siêu tới hạn 6 4.1 Xem thêm 6

4.2 am khảo 6

5 Cộng hưởng sắt từ 7 5.1 Lịch sử 7

5.2 Mô tả 7

5.3 am khảo 7

5.4 Xem thêm 7

i

Trang 3

6.1 am khảo 8

7 Điểm uyển dị lỏng-rắn 9 7.1 am khảo 9

8 Điểm tới hạn 10 8.1 Bảng nhiệt độ và áp suất hơi tới hạn của một số chất 10

8.2 Chú thích 10

8.3 am khảo 10

9 Giả tinh thể 11 9.1 am khảo 11

10 Hằng số điện môi 12 10.1 Tụ điện 12

10.2 Xem thêm 12

10.3 am khảo 12

11 Heli 13 11.1 uộc tính 13

11.2 Sự phổ biến 13

11.3 Đồng vị 13

11.4 Ứng dụng 14

11.5 Xem thêm 14

11.6 am khảo 14

12 Hệ keo 15 12.1 Phân loại 15

12.2 Tương tác giữa những hạt keo 15

12.3 Độ bền 15

12.4 Hệ keo như là mô hình cho nguyên tử 16

12.5 Hệ keo trong sinh vật học 16

12.6 Đọc thêm 16

12.7 am khảo 16

13 Hiệu ứng Hall 17 13.1 Cơ chế 17

13.2.1 Đo cường độ dòng điện 18

13.2.2 Tính nhân 18

Trang 4

MỤC LỤC iii

13.2.3 Xác định vị trí và chuyển động 18

13.3 Lịch sử khám phá 19

13.4 Xem thêm 19

13.5 am khảo 19

14 Hiệu ứng Hall lượng tử 20 14.1 Hiệu ứng Hall lượng tử nguyên 20

14.2 Hiệu ứng Hall lượng tử phân số 20

14.3 Lý thuyết Composite Fermion 20

14.5 am khảo 20

15 Hiệu ứng Mössbauer 21 15.1 Chú thích 21

16 Hiệu ứng từ nhiệt 22 16.1 Sơ lược về hiệu ứng từ nhiệt 22

16.2 Ứng dụng của hiệu ứng từ nhiệt 22

16.3 Các quá trình nhiệt động trong các thiết bị sử dụng hiệu ứng từ nhiệt 23

16.4 Vật liệu từ nhiệt 23

16.5 Phương pháp đo đạc hiệu ứng từ nhiệt trong vật lý chất rắn 24

16.6 Các máy lạnh làm lạnh bằng từ trường thương phẩm 24

16.9 am khảo 25

17 Hóa keo 26 17.1 am khảo 26

18 Khối lượng hiệu dụng 27 18.1 Khái niệm về khối lượng hiệu dụng 27

18.2 Khối lượng hiệu dụng trong một số chất bán dẫn 27

18.3 Chứng minh thực nghiệm 27

18.4 Chú thích 28

18.5 Xem thêm 28

19 Lực kháng từ 29 19.1 Các khái niệm về lực kháng từ 29

19.2 Cơ chế tạo lực kháng từ 29

19.2.1 Trong các vật liệu có dị hướng từ yếu 29

19.2.2 Trong các vật liệu từ có dị hướng từ mạnh 30

19.3 Lực kháng từ và trường dị hướng 30

Trang 5

19.4 am khảo 30

19.5 Xem thêm 30

20 Multiferroics 31 20.1 Lịch sử 31

20.2 Tính đối xứng và các loại tính chất multiferroics 31

20.2.1 Hiệu ứng trật tự điện tích 31

20.2.2 Multiferroics vô hiệu quả hình học 31

20.2.3 Tính sắt điện bị điều khiển bởi từ tính 31

20.2.4 Multiferroics cặp cô độc 31

20.3 Hiệu ứng điện từ 31

20.5 am khảo 32

20.6 Xem thêm 32

21 Mức Fermi 33 21.1 Chú thích 33

21.2 am khảo 33

22 Năng lượng điểm không 34 22.1 am khảo 34

22.1.1 Ghi chú 34

23 Ngưng tụ Bose-Einstein 35 23.1 Giới thiệu 35

23.2 Xem thêm 36

23.3 am khảo 36

24 Nhũ tương 39 24.1 Trạng thái và tính chất 39

24.2 Chất nhũ hóa 39

24.3 Cơ chế sự nhũ hóa 39

24.5 Xem thêm 40

24.6 am khảo 40

25 Pha (vật ất) 42 25.1 Xem thêm 42

25.2 am khảo 42

Trang 6

MỤC LỤC v

26.1 Độ phân cực tự phát 43

26.2 Đômen sắt điện và đường trễ sắt điện 43

26.3 Nhiệt độ Curie 44

26.4 Vật liệu và ứng dụng 44

26.4.1 Các loại vật liệu sắt điện 44

26.4.2 Ứng dụng của vật liệu sắt điện 44

26.5 am khảo 44

26.6 Xem thêm 45

27 Siêu dẫn nhiệt độ cao 46 27.1 Lịch sử 46

27.2 Tính chất khác 46

27.3 Lý thuyết 46

27.4 am khảo 47

27.5 Xem thêm 47

28 Siêu lạnh (nhiệt động lực học) 48 28.1 Giải thích 48

28.2 Chú thích 48

29 Sức bền vật liệu 49 29.1 Định nghĩa 49

29.1.1 Các khái niệm ứng suất 49

29.1.2 Các khái niệm độ bền 49

29.1.3 Các khái niệm sức căng 49

29.2 am khảo 49

30 Tinh thể học 50 30.1 Lý thuyết 50

30.2 Chú thích 50

30.3 am khảo 50

31 Tinh thể quang tử 52 31.1 Giới thiệu 52

31.2 Tinh thể quang tử tự nhiên 52

31.4 Xem thêm 52

Trang 7

31.5 am khảo 53

32 Tinh thể thời gian 54 32.1 Lịch sử 54

32.2 Ghi chú 55

32.3 am khảo 55

32.3.1 Tạp chí khoa học 55

33 Trạng thái vật ất 61 33.1 4 trạng thái thường gặp 61

33.1.1 Rắn 61

33.1.2 Lỏng 61

33.1.3 Khí 61

33.1.4 Plasma 61

33.2 Phản vật chất 61

33.3 Trạng thái nhiệt độ thấp 61

33.4 Trạng thái năng lượng cao 61

33.5 Trạng thái đề xuất 61

33.6 Chú thích 61

34 Vật ất suy biến 63 34.1 Khái niệm 63

34.2 Các chất khí suy biến 63

34.3 Chú thích 63

34.4 am khảo 63

35 Vật liệu từ mềm 64 35.1 Các thông số của vật liệu từ mềm 64

35.2 Các thông số đáng chú ý khác 64

35.3 Một số loại vật liệu từ mềm 65

35.4 Ứng dụng của vật liệu từ mềm 66

35.5 Xem thêm 66

35.6 am khảo 66

35.8 am khảo 66

36 Vật lý ất rắn 67 36.1 Chú thích 67

37 Vật lý vật ất ngưng tụ 68 37.1 Lịch sử 68

37.1.1 Từ vật lý cổ điển 68

Trang 8

MỤC LỤC vii

37.1.2 Đến cơ học lượng tử 69

37.1.3 Vật lý đa vật thể 70

37.2 Lý thuyết 71

37.2.1 Sự nổi lên 71

37.2.2 Lý thuyết điện tử cho chất rắn 71

37.2.3 Phá vỡ đối xứng 71

37.2.4 Sự chuyển pha 72

37.3 ực nghiệm 72

37.3.1 Tán xạ 72

37.3.2 Từ trường ngoài 72

37.3.3 Khí nguyên tử lạnh 73

37.5 Xem thêm 73

37.6 Ghi chú 73

37.7 am khảo 74

37.9 Nguồn, người đóng góp, và giấy phép cho văn bản và hình ảnh 77

37.9.1 Văn bản 77

37.9.2 Hình ảnh 79

37.9.3 Giấy phép nội dung 81

Trang 9

Áp điện

Hiệu ứng áp điện (tiếng Anh là piezoelectric

phenomena) là một hiện tượng vật lý được nhà

khoáng vật học người Pháp phát hiện đầu tiên vào

năm 1817, sau đó được anh em nhàPierrevàJacques

Curienghiên cứu chi tiết vào năm 1880

1.1 Mô tả

Hiện tượng xảy ra như sau: người ta tìm được một loại

chất có tính chất hóa học gần giốnggốm(ceramic) và

nó có hiệu ứng thuận nghịch: khi áp vào nó mộttrường

điệnthì nó biến đổi hình dạng, và ngược lại khi dùng

lực cơ học tác động vào nó thì nó tạo rađiện tíchtrên

bề mặt xác định

Nó như một máy biến đổi trực tiếp từnăng lượng điện

sang năng lượng cơ họcvà ngược lại Nếu như theo

chiều hướng thuận, có nghĩa là tác dụng lực lên vật thì

sẽ sinh ra điện và ngược lại là áp điện nghịch: tác động

hiệu thế vào vật thì sẽ sinh ra công biến dạng làm biến

đổi lực Một vật được cấu tạo bởi ba yếu tố PZT (chì Pb,

zorconi, titan) sẽ có tính chất áp điện (VD: thạch anh)

Đĩa gốm áp điện phát điện tích khi biến dạng

1.2 Ứng dụng

Ngày nay hiện tượng áp điện được ứng dụng rất rộngrãi trongkỹ thuật phục vụ cho cuộc sống hàng ngàynhư: máy bật lửa,cảm biến, máy siêu âm, điều khiểngóc quay nhỏ gương phản xạ tialade, các thiết bị,động

cơcó kích thước nhỏ, hiện nay người ta đang phát triểnnhiều chương trình nghiên cứu nhưmáy baybay đậpcánh như côn trùng, cơ nhân tạo, cánh máy bay biếnđổi hình dạng, phòng triệt tiêu âm thanh, các cấu trúcthông minh, hầu hết các máy in hiện nay… một trongnhững ứng dụng quan trọng hiện nay trong kỹ thuật làdùng làmđộng cơ piezo

Cho đến hiện nay người ta đã tìm ra được hai loại vậtliệu piezo cơ bản đó là dạng cục (như gốm) ceramic vàtấm mỏng như tấm ﬁlm

Các phương pháp số dùng để tính toán o loại vật liệu này như cũng đã được nghiên cứu khắp nơi trên thế giới.

1.3 Tham khảo 1.4 Xem thêm 1.5 Liên kết ngoài

1

Trang 10

Chương 2

Boson

Trạng thái đông đặc Bose-Einstein của các boson, trong trường

hợp này là các nguyên tử rubidi Hình vẽ là phân bố tốc độ của

chuyển động của các nguyên tử, theo vị trí Màu đỏ chỉ nguyên

tử di chuyển chậm, màu xanh và trắng chỉ nguyên tử di chuyển

nhanh Trái: trước khi có động đặc Bose-Einstein Giữa: ngay

sau khi đông đặc Phải: trạng thái đông đặc mạnh hơn Ở trạng

thái đông đặc, rất nhiều nguyên tử có cùng vận tốc và vị trí (cùng

trạng thái lượng tử) nằm ở đỉnh màu trắng.

Boson (tiếng Việt đọc là: Bô dông), đặt tên theonhà vật

lýngườiẤn Độ Satyendra Nath Bose, là một trong hai

loại hạt cơ bản trong tự nhiên (loại hạt kia làfermion)

Chúng là loại hạt duy nhất tuân theothống kê

Bose-Einstein, nghĩa là chúng có thể nằm cùng mộttrạng

thái lượng tử(không tuân thủnguyên lý Pauli) eolý

thuyết thống kê spin, chúng cóspinlấy giá trịnguyên

Các tính chất nêu trên của boson hoàn toàn đối lập với

fermion(có spin bán nguyên, tuân thủ nguyên lý Pauli)

eo mô hình chuẩn, một lý thuyết gauge, lực giữa

các fermion được mô hình hóa bằng cách tạo ra các

boson, có tác dụng như các thành phần trung gian.Hệ

Lagrangecủa mỗi tập hợp hạt boson trung gian không

thay đổi dưới một dạng biến đối gọi là biến đổi gauge, vì

thế các boson này còn được gọi làgauge boson.Gauge

bosonlà cáchạt cơ bảnmangtương tác cơ bản Chúng

làW boson củalực hạt nhân yếu, gluoncủa lực hạt

nhân mạnh, photoncủa lực điện từ, và gravitoncủa

lực hấp dẫn

Biến đổi gauge của các gauge boson có thể được miêu

tả bởi mộtnhóm unita, gọi lànhóm gauge Nhóm gauge

của tương tác mạnh là SU(3), nhóm gauge của tương tác

yếu là SU(2)xU(1) Vì vậy, mô hình chuẩn thường được

gọi là SU(3)xSU(2)xU(1) Higg boson là boson duy nhấtkhông thuộc gauge boson, các tính chất của boson nàyvẫn còn được bàn cãi

Mọi hạt trong tự nhiên đều hoặc là boson hoặc làfermion Các hạt tạo nên từ các hạt cơ bản hơn (nhưprotonhayhạt nhân nguyên tử) cũng thuộc một tronghai nhóm boson và fermion, phụ thuộc vào tổng spincủa chúng

Các tính chất boson của photon giải thíchbức xạ vậtđenvà hoạt động củalaser Tính chất boson củaheli-4giải thích khả năng tồn tại ở trạng tháisiêu lỏng Nhữngboson cũng có thể nằm ở trạng thái đông đặc Bose-Einstein, mộttrạng thái vật chấtđặc biệt ở đó mọi hạtđều ở cùng một trạng thái lượng tử

Đông đặc Bose-Einstein chỉ xảy ra tại nhiệt độ rấtthấp Ở nhiệt độ thường, boson và fermion đều ứng

xử rất giống nhau, giống hạt cổ điển tuân thủ gầnđúng thống kê Maxwell-Boltzmann Lý do là vì cảthống kê Bose-Einstein vàthống kê Fermi-Dirac(thống

kê hạt fermion) đều tiệm cận đến thống kê Boltzmann ở nhiệt độ phòng

Maxwell-Các boson trong mô hình chuẩn là:

• Photon, hạt trung gian trongtương tác điện từ

• WvàZ boson, hạt trung gian tronglực hạt nhânyếu

• 8gluon, hạt truyền trung gian tronglực hạt nhânmạnh 6 trong số các gluon được đánh dấu bằngcác cặp “màu” và "đối màu” (ví dụ như một hạtgluon mang màu "đỏ" và "đối đỏ"), 2 gluon còn lại

là cặp màu được “pha trộn” phức tạp hơn

• Higgs boson, hạt gây ra bất đối xứng trong cácnhóm gauge, và cũng là loại hạt tạo rakhối lượngquán tính

Gravitonlà boson được cho là hạt truyền tương tác củatương tác hấp dẫn, nhưng không được nhắc đến trong

mô hình chuẩn

Các ví dụ boson khác:

• Hạt nhân với spin nguyên

2

Trang 11

• Nguyên tửHeli-4

• Nguyên tửNatri-23

• phonon

2.1 Tham khảo

• Sakurai, J.J (1994) Modern antum Mechanics

(Revised Edition), pp 361–363 Addison-Wesley

Publishing Company.ISBN 0-201-53929-2

2.2 Xem thêm

• Mô hình chuẩn

• Khí Bose

• Siêu dẫn

Trang 12

Chương 3

Cấu trúc tinh thể

Một tinh thể chất rắn

Trongkhoáng vật họcvà tinh thể học, một cấu trúc

tinh thể là một sự sắp xếp đặc biệt của cácnguyên tử

trongtinh thể Một cấu trúc tinh thể gồm có mộtô cơ sở

và rất nhiều các nguyên tử sắp xếp theo một cách đặc

biệt; vị trí của chúng được lặp lại một cách tuần hoàn

trong không gian ba chiều theo mộtmạng Bravais Kích

thước của ô đơn vị theo các chiều khác nhau được gọi

là cácthông số mạng hay hằng số mạng Tùy thuộc vào

tính chất đối xứngcủa ô đơn vị màtinh thểđó thuộc

vào một trong cácnhóm không giankhác nhau

Cấu trúc và đối xứng của tinh thể có vai trò rất quan

trọng với cáctính chất liên kết,tính chất điện,tính chất

quang,… của tinh thể

3.1 Ô cơ sở

Ô đơn vị là một cách sắp xếp của cácnguyên tửtrong

không gian ba chiều, nếu ta lặp lại nó thì nó sẽ chiếm

đầy không gian và sẽ tạo nêntinh thể Vị trí của các

nguyên tử trong ô đơn vị được mô tả bằng một hệ đơn

vị hay còn gọi là một hệ cơ sở bao gồm ba thông số

tương ứng với ba chiều của không gian (x i , y i , z i)

Đối với mỗi cấu trúc tinh thể, tồn tại một ô đơn vị quy

ước, thường được chọn để mạng tinh thể có tính đối

xứng cao nhất Tuy vậy, ô đơn vị quy ước không phải

luôn luôn là lựa chọn nhỏ nhất.Ô mạng cơ sởmới là

một lựa chọn nhỏ nhất mà từ đó ta có thể tạo nên tinh

thể bằng cách lặp lại ô nguyên tố Ô Wigner-Seitzlà

một loại ô nguyên tố mà có tính đối xứng giống nhưcủa mạng tinh thể

hệ tinh thể Hệ tinh thể đơn giản nhất và đối xứng caonhất làhệ lập phương, các hệ tinh thể khác có tính đốixứng thấp hơn là:hệ sáu phương,hệ bốn phương,hệ

ba phương(còn gọi là hình mặt thoi),hệ thoi,hệ mộtnghiêng,hệ ba nghiêng Một số nhà tinh thể học coi

hệ tinh thể ba phương là một phần của hệ tinh thể sáuphương

3.3 Phân loại các loại mạng tinh thể

Mạng Bravaislà một tập hợp các điểm tạo thành từ mộtđiểm duy nhất theo các bước rời rác xác định bởi cácvéc tơ cơ sở Trong không gian ba chiều có tồn tại 14mạng Bravais (phân biệt với nhau bởi các nhóm khônggian) Tất các vật liệu có cấu trúc tinh thể đều thuộcvào một trong các mạng Bravais này (không tính đếncácgiả tinh thể) 14 mạng tinh thể được phân theo các

hệ tinh thể khác nhau được trình bày ở phía bên phảicủa bảng

Cấu trúc tinh thể là một trong các mạng tinh thể vớimột ô đơn vị và các nguyên tử có mặt tại các nút mạngcủa các ô đơn vị nói trên

3.4 Nhóm điểm và nhóm không gian

Nhóm điểm tinh thể họchoặc lớp tinh thể là một tập

hợp các phép đối xứng không tịnh tiến mà dưới tác4

Trang 13

dụng của các phép đối xứng đó, tinh thể trở lại vị trí

như cũ Có tất cả 32 lớp tinh thể

Nhóm không giancủa một cấu trúc tinh thể được tạo

thành từ các phép đối xứng tịnh tiến bổ sung vào các

phép đối xứng của các nhóm điểm Có tất cả 230 nhóm

không gian như vậy

3.5 Sai hỏng mạng

Các tinh thể thực thường có cácsai hỏng mạnghoặc

là các điểm bất thường có mặt trong cấu trúc tinh thể

lý tưởng nói ở trên Các sai hỏng này có vai trò quyết

định đến tính chất cơ và điện của các tinh thể thực Đặc

biệt làbất định xứtrong tinh thể cho phép tinh thể biến

dạng dễ dàng hơn nhiều so với tinh thể hoàn hảo

Trang 14

Chương 4

Chất lưu siêu tới hạn

Chất lưu siêu tới hạn là một dạng vật chất tồn tại trong

điều kiện áp suất và nhiệt độ cao hơnđiểm tới hạn.Trong điều kiện này, vật chất có trạng thái đặc biệt,vừa lỏng vừa khí, ví dụ như vừa có thể khuếch tán trongkhông trung nhưchất khí, vừa có thể thấm qua vật chấtnhưchất lỏng Ngoài ra ở điều kiện nhiệt độ và áp suấtgần với điểm tới hạn, thay đổi nhỏ của các thông số nàydẫn đến thay đổi lớn vềmật độcủa vật chất

Chất lưu siêu tới hạn được dùng trong một số trườnghợp để thay thế cácdung môi hữu cơ.Nướcvàcacbonic

là phổ biến nhất, dùng trong quá trình lấy caﬀein rakhỏi nông sản, hoặc dùng tronglò phản ứng nước siêutới hạn

• Poliakoﬀ, Martyn (28 tháng 4 năm 2008)

“Supercritical ﬂuids” Test Tube.Brady HaranfortheUniversity of Noingham

6

Trang 15

Cộng hưởng sắt từ

cộng hưởng sắt từ, hay FMR (Ferromagnetic

resonance), là một kỹ thuật quang phổ để thăm

dòtừ hóacủa vật liệusắt từ Nó là một công cụ tiêu

chuẩn để thăm dòsóng spin và spin động FRM nói

chung tương tự với cộng hưởng thuận từ electron

(EPR), và hơi giống cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)

chỉ khác là FMR thăm dò mẫu từ hóa từ mô men từ

của cặp lưỡng cực ngoại trừ electron lẽ cặp, trái lại

NMR lại đo mô men từ củahạt nhân nguyên tử che

bởi nguyên tử hoặc quỹ đạo phân tử xung quanh như

hạt nhân của spin nhân không-zero

5.1 Lịch sử

Cộng hưởng sắt từ được vô tình phát hiện bởi V K

Arkad'yev khi ông quan sát sự hấp thụ bức xạ UHF bởi

vật liệu sắt từ vào năm 1911 Giải thích định tính của

FMR cùng với giải thích của các kết quả của Arkad'yev

được trình bày bởi Ya G Dorfman vào năm 1923 khi

ông đề xuất rằng quá trình dịch chuyển quang theo

phép táchZeemancó thể là cách thức để nghiên cứu

cấu trúc của sắt từ

5.2 Mô tả

FMR xuất hiện từ chuyển động tuế sai Từ cảm M ⃗

(thường khá lớn) của một vật liệu sắt từ trong từ trường

ngoàiH ⃗ Từ trường này gây ra mộtmô men xoắnlên

vật mang từ tính sẽ gây ra mô men Từ trong vật này

làm nó chuyển động tuế sai Tần số tuế sai của từ hóa

này phụ thuộc vào hướng đặt vật liệu, cường độ của

trường từ, cũng như độ từ hóa vĩ mô của vật; tần số tuế

sai hiệu dụng của sắt từ thấp hơn nhiều so với tần số

tuế sai quan sát được đối với electron tự do trong EPR

Hơn nữa, chiều dài của đỉnh hấp thụ có thể tác động

lớn đến cả hiệu ứng lưỡng cực-hẹp và trao đổi mở rộng

(lượng tử) Ngoài ra, không phải tất cả đỉnh hấp thụ

quan sát trong FMR đều được gây ra bởi chuyển động

tuế sai của mô men Từ của electron trong sắt từ Do đó,

phân tích lý thuyết của phổ FMR sẽ phức tạp hơn nhiều

so với phổ EPR hoặc phổ NMR

iết lập cơ bản cho một thí nghiệm FMR là mộthốc

cộng hưởngvới mộtnam châm điện Hốc cộng hưởngđược cố định tại một dãi vi ba siêu cao tần Một cảmbiến được đặt tại phía cuối hốc này để phát hiện các

vi ba Mẫu sắt từ được đặt giữa hai cực của nam châmđiện và trường từ sẽ quét qua trong khi cường độ hấpthụ cộng hưởng của vi ba được phát hiện Khi tần sốtuế sai từ hóa và tần số hốc cộng hưởng bằng nhau,việc hấp thụ sẽ tăng rõ ràng và được chỉ thị bởi sự giảmcường độ chuyển động tuế sai trong bộ cảm biến

5.3 Tham khảo

• Vonsovskii, S V (1966) Ferromagnetic Resonance:

e Phenomenon of Resonant Absorption of a High-Frequency Magnetic Field in Ferromagnetic Substances Oxford:Pergamon

• Chikazumi, Sōshin (1997) Physics of Ferromagnetism. Clarendon Press ISBN 0-19-851776-9

5.4 Xem thêm

• Electron paramagnetic resonance

• Nuclear magnetic resonance

5.5 Liên kết ngoài

• Calculation of some important resonance ﬁelds

7

Trang 16

Chương 6

Đám mây phân tử

Một đám mây phân tử, đôi khi được gọi là một vườn

ươm sao nếu quá trình hình thành sao đang diễn ra bêntrong, là một loại của các đám mây giữa các vì sao cómật độ và kích thước cho phép sự hình thành của cácphân tử, phổ biến nhất là phân tửhydro(H2)

Phân tử hydro rất khó phát hiện bằng quan sát hồngngoại và đài quan sát vô tuyến, do đó, các phân tửthường được sử dụng để xác định sự hiện diện của H2

làCO(carbon monoxide) Tỷ lệ giữa độ sáng CO và độkhối H2 được cho là không đổi, mặc dù có lý do để nghingờ giả thiết này trong các quan sát của một số thiên

Trang 17

Điểm chuyển dịch lỏng-rắn

Điểm uyển dị lỏng-rắn là nhiệt độ xảy ra hiện

tượng chuyển di hai chiều từ thể lỏng hay trạng thái

dẻo giốngcao suthành thể rắn phi kết tinh, ký hiệu T

Khi kết tinh được gia nhiệt, chất rắn bắt đầu trạng thái

biến thành thể lỏng Ở điểm trung giangiữa thể rắn và

thể lỏng, nhiệt độ vẫn dược duy trì cho đến khi chất

rắn chuyển hoàn toàn thành thể lỏng.Khi đó, nhiệt độ

bắt đầu tiếp tục tăng.Tuy nhiên, trong trường hợp gia

nhiệt chất rắn phi kết tinh mà tính lưu động của chất

rắn này tương đương với khi kết tinh (chỉ số độ cứng

rất cao) thì trong phạm vi nhiệt độ hẹp tính lưu động

đột nhiên tăng Phạm vi nhiệt độ rất hẹp này được gọi

là điểm chuyển di lỏng-rắn, trạng thái phi kết tinh ở

nhiệt độ thấp hơn điểm chuyển di lỏng-rắn được gọi

là trạng thái rắn, ở nhiệt độ cao hơn điểm chuyển di

glass được gọi là trạng thái “cao su” Những chất tiêu

biểu cho hiện tượng này có thể kể đến các hợp chất cao

phân tử như cao su thiên nhiên, polymer tổng hợp…

7.1 Tham khảo

9

Trang 18

Chương 8

Điểm tới hạn

1 Etan gần tới hạn, pha lỏng và khí cùng tồn tại

2 Điểm tới hạn (32,17 °C, 48,72 bar), ánh opal

3 Etan siêu tới hạn, lỏng [1]

Trongnhiệt động lực học, điểm tới hạn (hay trạng thái

tới hạn) là điểm cuối cùng trên đường cong cân bằng

pha Ví dụ nổi bật nhất là điểm tới hạn chất lỏng-hơi,

điểm cuối cùng của đường cong áp suất-nhiệt độ chỉ ra

các điều kiện mà tại đó chất lỏng và hơi của nó có thể

cùng tồn tại Tại điểm tới hạn, được định nghĩa theo

nhiệt độ tới hạn T và áp suất tới hạn p, ranh giới pha

không còn nữa Các ví dụ khác là các điểm tới hạn của

chất lỏng-chất lỏng trong các hỗn hợp

8.1 Bảng nhiệt độ và áp suất hơi tới

hạn của một số chất

8.2 Chú thích

[1] Horstmann, Sven (2000) eoretische

und experimentelle Untersuchungen zum

Hochdruckphasengleichgewichtsverhalten ﬂuider

Stoﬀgemische ür die Erweiterung der

PSRK-Gruppenbeitragszustandsgleichung [eoretical and

experimental investigations of the high-pressure phase

equilibrium behavior of ﬂuid mixtures for the expansion

of the PSRK group contribution equation of state] (Ph.D.)

(bằng tiếng Đức) Carl-von-Ossietzky Universität

Oldenburg.ISBN 3-8265-7829-5

[2] Emsley, John (1991) e Elements Oxford UniversityPress.ISBN 0-19-855818-X

[3] Cengel, Yunus A.; Boles, Michael A (2002)

ermodynamics: An Engineering Approach Hill tr 824.ISBN 0-07-238332-1

McGraw-[4] “Ammonia” Truy cập 5 tháng 9 năm 2015

[5] International Association for the Properties of Waterand Steam, 2007

[6] “Critical Temperature and Pressure” Purdue University.Truy cập ngày 19 tháng 12 năm 2006

8.3 Tham khảo

• “Revised Release on the IAPWS IndustrialFormulation 1997 for the ermodynamicProperties of Water and Steam” (PDF).International Association for the Properties

of Water and Steam áng 8 năm 2007 Truy cậpngày 9 tháng 6 năm 2009

• “Critical points for some common solvents”.ProSciTech.Bản gốclưu trữ ngày 31 tháng 1 năm2008

• “Critical Temperature and Pressure” Department

of Chemistry Purdue University Truy cập ngày 3

tháng 12 năm 2006

10

Trang 19

Giả tinh thể

Mô hình nguyên tử của giả tinh thể hợp kim nhôm - paladi

-mangan

Giả tinh thể (quasicrystal) là một dạng tồn tại khác biệt

của chất rắn, trong đó cácnguyên tửsắp xếp dường như

đều đặn nhưng không có sự lặp lại

Trong khi tinh thể, theo định lý hạn chế cổ điểntinh

thể, có thể có chỉ có hai, ba, bốn, sáu lần đối xứng quay,

hình ảnhnhiễu xạ Braggcủa chuẩn tinh thể cho thấy

các đỉnh sắc nét với các đơn đặt hàng đối xứng khác, ví

dụ năm lần

Khái niệm này đượcDan Shechtmannghiên cứu và đề

cập lần đầu tiên vào năm1982 Hầu hết các giả tinh thể

thu được cho thấy đều làhợp kimcủanhôm(Al-Ni-Co,

Al- Pd-Mn, Al-Cu-Fe), một số các hợp kim khác gồm có

Ti-Zr-Ni, Zn-Mg-Ho Trước đó, giới khoa học tin rằng

trong mọi chất rắn, nguyên tử được sắp xếp trong các

tinh thể theo mô hình đối xứng và lặp lại một cách tuần

hoàn, đồng thời sự sắp xếp tuần hoàn này là điều cần

thiết để tạo ra tinh thể Hình ảnh cho thấy các nguyên

tử trong tinh thể Dan Shechtman nghiên cứu được sắp

xếp trong mô hình không theothứ tự tuần hoàn Trong

khi đó, giới khoa học vẫn nghĩ rằng mô hình như vậy

là không thể

Shechtman nhận đượcgiải Nobel Hóa họcnăm 2011

cho phát hiện của mình

9.1 Tham khảo 9.2 Liên kết ngoài

Giả tinh thể là gì?tại ư Viện Vật LýKhám phá bán tinh thể giành Giải Nobel Hóa học 2011

11

Trang 20

Chương 10

Hằng số điện môi

Lực tương tác giữa các vật mang điệnphụ thuộc vào

môi trường xung quanh chúng.í nghiệmchứng tỏ

rằng, ở một khoảng cách nhất định,lực Coulombgiữa

haiđiện tíchđặt trongđiện môiđồng chất nhỏ hơn lực

tác dụng giữa chúng trong chân khôngε lần (đọc là

epxilon) Đây là mộthằng sốphụ thuộc vào tính chất

của điện môi mà không phụ thuộc vào độ lớn và khoảng

cách giữa các điện tích Nó được gọi là hằng số điện môi

của môi trường, đặc trưng cho tính chất điện của môi

trường đó Nó là đại lượng không cóthứ nguyên; tức là

một số thuần tuý, không có đơn vị

Hằng số điện môi đôi khi còn được gọi đầy đủ là độ

điện thẩm tương đối; do nó bằng tỷ số giữađộ điện

thẩmcủa môi trường vàđộ điện thẩm chân không:

ε = ε /ε₀

Vớichân không, hằng số điện môi hiển nhiên bằng 1

Dưới đây là bảng hằng số điện môi của một số chất

• Không khí(ởnhiệt độ0℃vàáp suất760mmHg)

Xét mộttụ điệngồm hai bản kim loại song song và

ở giữa làchân khôngcóđiện dunglà C0 Khi lấp đầy

không gian giữa hai bản bằng mô trường có hằng số

điện môi ε, điện dung sẽ tăng lên:

C = ε C0

Để chế tạo các tụ điện có điện dung lớn với kích thướcnhỏ, có thể nhồi vào tụ các vật liệu có hằng số điện môilớn

10.2 Xem thêm

• Độ điện thẩm

10.3 Tham khảo

12

Trang 21

Heli (hay Hêli) là nguyên tố trong bảng tuần hoàn

nguyên tốcó ký hiệu He và số hiệu nguyên tử bằng

hai, nguyên tử khối bằng 4 Tên của nguyên tố này bắt

nguồn từ Helios, tên của thần Mặt Trời trongthần thoại

Hy Lạp, do nguồn gốc nguyên tố này được tìm thấy

trongquang phổtrên Mặt Trời

11.1 Thuộc tính

Heli cóđiểm sôithấp nhất trong tất cả các nguyên tố

và chỉ có thể đông đặc dưới áp suất rất cao Nguyên tố

này thường thường là khí đơn nguyên tử và về mặt hoá

học nó làtrơ

11.2 Sự phổ biến

Heli là nguyên tố nhiều thứ hai trong vũ trụ, sauhyđrô

Trongkhí quyển Trái Đấtmật độ heli theo thể tích là

5,2 x 10−6tại mực nước biển và tăng dần đến độ cao 24

km, chủ yếu là do phần lớn heli trong bầu khí quyển

Trái Đất đã thoát ra ngoài khoảng không gian vũ trụ vì

tỷ trọng thấp và tính trơ của nó Có một lớp trong bầu

khí quyển Trái Đất ở độ cao khoảng 1.000 km mà ở đó

heli là chất khí chủ yếu (mặc dù tổng áp suất gây ra là

rất nhỏ)

Heli là nguyên tố phổ biến thứ 71 trong vỏ Trái Đất,

chiếm tỷ lệ 8 x 10−9, còn trong nước biển chỉ có 4 x

10−12 Nói chung, nó hình thành từ sự phân rã phóng

xạ của cácnguyên tố, do vậy người ta có thể tìm thấy

heli trong các mỏ khoáng chất chứaurani,thoriv.v và

trong vài loạinước khoángcũng như khí phun trào núi

lửa Heli tồn tại trong nhiều loạikhí tự nhiên

Có 8đồng vịcủa heli, nhưng chỉheli-3vàheli-4làbền

Trongkhí quyển Trái Đất, trong một triệu nguyên tử

4He có một nguyên tử3He.[2] Không giống như các

nguyên tử khác, sự phổ biến của các đồng vị heli thay

đổi tùy theo nguồn gốc, do các quá trình hình thànhkhác nhau Đồng vị phổ biến nhất, heli-4, được tạo ratrên Trái Đất từphân rã alphacủa các nguyên tố phóng

xạ nặng hơn; các hạtalphasinh ra bị ion hóa hoàn toànhạt nhân heli-4 Heli-4 là hạt nhân ổn định bất thường

do cácnucleonđược sắp xếp vàolớp vỏ đầy đủ Nó cũngđược tạo ra với số lượng lớn trongtổng hợp hạt nhânBig Bang.[3]

Heli-3 có chỉ có mặt trên Trái Đất ở dạng dấu vết; đa sốtrong đó có từ lúc hình thành Trái Đất, mặc dù một sốrơi vào Trái Đất trongbụi vũ trụ.[4]Một lượng vết cũngđược tạo ra từphân rã betacủatriti.[5]Các đá trong vỏTrái Đất có các tỉ lệ đồng vị thay đổi khoảng 1/10, vàcác tỉ lệ này có thể được dùng để khảo sát nguồn gốccủa các đá và thành phầnlớp phủcủa Trái Đất.[4] 3Hephổ biến hơn trong các ngôi sao ở dạng sản phẩm củaphản ứng tổng hợp hạt nhân Do đó trongmôi trườngliên sao, tỉ lệ3He so với4He cao khoảng 100 lần sovới trên Trái Đất.[6]Các vật liệu ngoài hành tinh nhưtầng phong hóa của Mặt Trăng và tiểu hành tinh cóheli-3 ở dạng vết, chúng được hình thành từ sự bắnphá củagió Mặt Trời Bề mặt Mặt Trăngchứa heli-3với nồng độ 0.01ppm.[7][8] Một số người, đầu tiên làGerald Kulcinski năm 1986,[9] đã đề xuất thám hiểmMặt Trăng, khai thác lớp phong hóa Mặt Trăng và sửdụng heli-3 trongphản ứng tổng hợp hạt nhân.Heli-4 hóa lỏng có thể được làm lạnh ở khoảng 1 kelvinbằnglàm lạnh bay hơitrong 1-K pot Cách làm lạnhtương tự cũng áp dụng cho heli-3, đồng vị này có điểmsôi thấp hơn nên có thể lạnh ở 0,2 kelvin tronghelium-

3 refrigerator Hỗn hợp cân bằng của3He và4He lỏngdưới 0,8 K tách thành hai pha không trộn lẫn do sự khácbiệt của chúng (chúng tuên theo cácthống kê lượng tửkhác nhau: các nguyên tử heli-4 tuên theobosontrongkhi heli-3 tuân theofermion).[10]Dilution refrigeratorsuse this immiscibility to achieve temperatures of a fewmillikelvins

Nó có thể tạo ra cácđồng vị heli ngoại lai, mà chúng

có thể phân rã nhanh chóng thành các chất khác Đồng

vị heli nặng tồn tại ngắn nhất là heli-5 cóchu kỳ bán

rã7,6×10–22giây Heli-6 phân rã bằng cách phát rahạtbetavà có chu kỳ bán rã 0,8 giây Heli-7 cũng phát rahạt beta cũng nhưtia gamma Heli- và heli-8 được tạo

ra trong cácphản ứng hạt nhânnhất định.[10] Heli-613

Trang 22

14 CHƯƠNG 11 HELI

và heli-8 thể hiện là mộtnuclear halo Heli-2 (2 proton,

không có neutron) là một đồng vị phóng xạphân rã

bằngphát xạ protonthànhproti(hydro), có chu kỳ bán

rã 3×10–27giây.[10]

Heli được dùng để đẩy cácbóng thám khôngvàkhí cầu

nhỏ do tỷ trọng riêng nhỏ hơn tỷ trọng của không khí

và như chất lỏng làm lạnh chonam châm siêu dẫn

Đồng vị Heli 3 có nhiều trong gió mặt trời nhưng mà

phần lớn chúng bị từ trường của Trái Đất đẩy ra Người

ta đang nghiên cứu khai thác Heli-3 trên Mặt Trăng để

sử dụng như một nguồn năng lượng rất tiềm năng

Làm cho giọng nói trở nên thay đổi (trở nên cao hơn)

Do heli nhẹ hơn không khí rất nhiều nên trong khí heli,

tốc độ của âm thanh nhanh hơn tới 3 lần trong không

khí, lên tới 927 m/s.Khi hít khí heli, trong vòm họng

bạn tràn ngập khí ấy Do đó, tần số giọng nói sẽ biến

đổi, tăng lên rất nhiều và tất yếu khiến giọng bạn cao

và trong hơn Tuy nhiên, do hàm lượng khí heli trong

bóng bay thấp nên “giọng nói chipmunk” chỉ tồn tại

trong một thời gian rất ngắn, rồi trở về bình thường

11.5 Xem thêm

• Nguyên tử heli

[1] Magnetic susceptibility of the elements and inorganic

compounds, in Handbook of Chemistry and Physics

81st edition, CRC press

[2] Emsley, John (2001) Nature’s Building Blocks Oxford:

Oxford University Press tr 175–179.ISBN

0-19-850341-5

[3] Weiss, Achim “Elements of the past: Big Bang

Nucleosynthesis and observation” Max Planck

Institute for Gravitational Physics Truy cập ngày

23 tháng 6 năm 2008.; Coc, Alain; Vangioni-Flam,

Elisabeth; Descouvemont, Pierre; Adahchour,

Abderrahim; Angulo, Carmen (2004) “Updated

Big Bang Nucleosynthesis confronted to WMAP

observations and to the Abundance of Light

Elements” Astrophysical Journal 600 (2): 544.

Bibcode:2004ApJ…600 544C arXiv:astro-ph/0309480

doi:10.1086/380121

[4] Anderson, Don L.; Foulger, G R.; Meibom, A (ngày

2 tháng 9 năm 2006) “Helium Fundamentals”

MantlePlumes.org Truy cập ngày 20 tháng 7 năm 2008

[5] Novick, Aaron (1947) “Half-Life of Tritium” Physical

Review 72: 972–972.doi:10.1103/PhysRev.72.972.2

[6] Zastenker G N và đồng nghiệp (2002) “IsotopicComposition and Abundance of Interstellar NeutralHelium Based on Direct Measurements” Astrophysics

[8] Slyuta, E N.; Abdrakhimov, A M.; Galimov, E M (2007)

“e estimation of helium-3 probable reserves in lunarregolith”(PDF) Lunar and Planetary Science XXXVIII.

Truy cập ngày 20 tháng 7 năm 2008

[9] Hedman, Eric R (ngày 16 tháng 1 năm 2006) “Afascinating hour with Gerald Kulcinski” e Space

Review Truy cập ngày 20 tháng 7 năm 2008.

[10] Cliﬀord A Hampel (1968) e Encyclopedia of the

Chemical Elements New York: Van Nostrand Reinhold.

tr 256–268.ISBN 0-442-15598-0

Trang 23

Hệ keo

Hệ keo, còn gọi là hệ phân tán keo, là một hệ thống có

hai thể của vật chất, một dạng hỗn hợp ở giữa hỗn hợp

đồng nhất và hỗn hợp không đồng nhất.

• Trong một hệ phân tán keo, các giọt nhỏ hay hạt

nhỏ của một chất, chất phân tán, được phân tán

trong một chất khác, môi trường phân tán.

• Trong một hệ keo cao phân tử, các chất cao phân

tử được phân tán trong một trường đồng nhất (môi

trường phân tán)

Rất nhiều chất quen thuộc bao gồm cả bơ,sữa, kem

sữa, các aerosol (Ví dụ như sương mù, khói sương

(tiếng Anh: Smog, kết hợp của từ smoke và fog),khói

xe),nhựa đường,mực,sơn, bọt biển đều là hệ keo Bộ

môn nghiên cứu về hệ keo được nhà khoa học người

Scotlandomas Grahammở đầu vào năm1861

Các hạt phân tán trong một hệ keo có kích thước từ

0,001 đến 1micrômét Một số tài liệu khác định nghĩa

là các hạt keo có kích thước không nhìn được bằng kính

hiển vi quang học thông thường, tức là các hạt keo có

kích thước lớn nhất vào khoảng 0,1 micrômét Các hệ

phân tán với kích thước hạt phân tán nằm trong khoảng

này gọi là aerosol keo,nhũ tươngkeo, bọt keo,huyền

phùkeo hay hệ phân tán keo Hệ keo có thể có màu

hay mờ đục vìhiệu ứng Tyndall, là sự tán xạ ánh sáng

bởi các chất phân tán trong hệ keo

12.1 Phân loại

ường các hệ keo được phân loại theo trạng thái vật

lý của môi trường phân tán và của các hạt keo:

Ngoài ra còn có cách phân biệt các hệ keo theo đặc tính

tương tác giữa chất phân tán và môi trường phân tán:

kỵ nước hay ưa nước

• Kỵ nước: được đặc trưng bởi tương tác yếu giữa

chất phân tán và môi trường phân tán, năng lượng

bề mặt lớn Đây là dạng hệ keo phổ biến

• Ưa nước: được đặc trưng bởi tương tác mạnh giữa

chất phân tán và môi trường phân tán, làm giảm

năng lượng bề mặt

12.2 Tương tác giữa những hạt keo

Các hạt keo thường có kích thước lớn nên không bị tácđộng của hiệu ứng lượng tử Mặc dầu vậy chúng đủ nhỏ

để có thể bị tác động bởi các chuyển động nhiệt trong

hệ keo

Các lực sau đây đóng vai trò quan trọng trong tươngtác giữa những hạt keo:

• Lực đẩy hạt rắn: ường các hạt keo là các chất

rắn, vì thế hai hạt keo không thể ở gần nhau hơn

là tổng sốbán kínhcủa chúng

• Tương tác tĩnh điện: Hạt keo có thể mang khả

năng tích điện.Lực tương tác Coulombtỉ lệ nghịchvới bình phương khoảng cách giữa chúng Mặcdầu vậy, nếu có hạt phân tán tích điện ngược vớihạt keo, chúng sẽ tích tụ chung quanh hạt keo vàchắn các lực tương tác này

• Lực Van der Waals: Nếu chỉ số khúc xạ của các hạtkeo khác với chỉ số khúc xạ của môi trường phântán chúng sẽ bị hút theo thế năng của lực van der

Waals tỉ lệ với r −6

• Lực entropy: eođịnh luật thứ hai của nhiệt độnglực học, một hệ thống có thể đi đến trạng thái cóentropycực đại Điều này có thể dẫn đến các lực

có hiệu quả ngay cả giữa những khối rắn

12.3 Độ bền

Một hệ keo được gọi là hệ keo bền khi các hạt keokhông lắng xuống đáy của môi trường phân tán vàkhông kết dính lại với nhau Ổn định không gian và

ổn định tĩnh điện là hai phương pháp chính để ổn địnhmột hệ keo Ổn định tĩnh điện dựa trên lực đẩy tươngtác giữa những phần tử có cùngđiện tích Các thể khácnhau thường có tính hấp thụ điện khác nhau, vì thế màtạo thành hai lớp tích điện trên mọi bề mặt Các hạtkeo có kích thước nhỏ dẫn đến tỷ lệ bề mặt rất lớn (sovới thể tích của hạt keo) nên hiệu ứng này được tăngcường rất nhiều trong các hệ keo Trong một hệ keobền, trọng lượng của chất phân tán rất nhỏ nên lực đẩy15

Trang 24

16 CHƯƠNG 12 HỆ KEO

của chất lỏng hayđộng năngkhông đủ lớn để vượt qua

được lực đẩy tĩnh điện giữa các lớp tích điện của môi

trường phân tán Hạt keo có tích điện có thể quan sát

thấy bằng cách đưa hệ keo vào mộtđiện trường: tất cả

các hạt đều đi về cùng mộtđiện cựcvà vì thế phải có

cùng điện tích

Sự phá vỡ một hệ keo gọi là đông tụ haykeo tụ, có thể

thực hiện bằng cách đun nóng hay cho thêmchất điện

phân Đun nóng sẽ làm tăngvận tốccủa các hạt keo,

làm cho chúng có đủ năng lượng xuyên qua lớp cản và

kết hợp lại với nhau Vì được lặp lại nhiều lần, các hạt

keo lớn đủ để lắng xuống Chất điện phân được thêm

vào sẽ trung hòa các lớpiontrên bề mặt các hạt keo

12.4 Hệ keo như là mô hình cho

nguyên tử

Trongvật lýhệ keo là một hệ mô hình thú vị cho các

nguyên tử Ví dụ như sựkết tinhvà chuyển đổi trạng

thái đều có thể quan sát được

• Có thể tạo hình tương tác giữa những hạt keo Vì

thế mà có thể mô phỏng đượcnăng lực nguyên tử

(tiếng Anh: Atomic potential).

• Hạt keo lớn hơn nguyên tử rất nhiều và vì thế có

thể quan sát được bằngkính hiển vi

• Vì có kích thước lớn nên tốc độkhuếch tán của

các hạt keo chậm hơn Các quá trình như kết tinh,

xảy ra khoảng vàipicôgiâytrong cáchệ nguyên

tử, đủ chậm để có thể được quan sát một cách chi

tiết

• Hạt keo quá lớn để có thể bị ảnh hưởng bởi các

hiệu ứng lượng tửmột cách đáng kể, vì thế nên

động lực học của chúng dễ hiểu hơn là của các

nguyên tử

12.5 Hệ keo trong sinh vật học

Đầuthế kỷ 20, trước khienzim họcphát triển, hệ keo

được xem như là chìa khóa cho các tác dụng củaenzim;

Ví dụ cho thêm một lượng nhỏ enzim vào một lượng

nướcsẽ làm thay đổi tính chất của nước, phá hủy chất

nền (tiếng Anh: Substrate) đặc trưng của enzim như

dung dịch của ATPasephá hủy ATP Chính sự sống

cũng đã có thể được giải thích bằng các tính chất chung

của tất cả các chất keo tạo thành một sinh vật Tất nhiên

là từ khisinh vật học vàsinh hóa học phát triển, lý

thuyết hệ keo được thay thế bởi lý thuyết cao phân tử,

xem enzim như là một tập hợp của nhiều phân tử lớn

giống nhau, hoạt động như các bộ máy rất nhỏ, chuyển

động tự do giữa những phân tử nước trong dung dịch và

hoạt động riêng lẻ trên các chất nền, không bí hiểm hơn

một nhà máy chứa đầy những cỗ máy Tính chất củanước trong hệ keo không bị thay đổi, khác với nhữngthay đổi thẩm thấu đơn giản mà nguyên nhân có thể là

sự hiện diện của một chất được hòa tan trong nước

12.6 Đọc thêm

• Hóa keo

Trang 25

Hiệu ứng Hall

So sánh hiệu ứng Hall lên hai mặt thanh Hall

Hướng và chiều tác dụng trong hiệu ứng Hall

Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý được thực hiện

khi áp dụng mộttừ trườngvuông góc lên một bản làm

bằngkim loạihaychất bán dẫnhaychất dẫn điện nói

chung(thanh Hall) đang códòng điệnchạy qua Lúc đó

người ta nhận đượchiệu điện thế(hiệu thế Hall) sinh

ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall Tỷ số giữa hiệu

thế Hall và dòng điện chạy qua thanh Hall gọi là điện

trở Hall, đặc trưng cho vật liệu làm nên thanh Hall.

Hiệu ứng này được khám phá bởiEdwin Herbert Hall

vào năm1879

13.1 Cơ chế

Hiệu ứng Hall được giải thích dựa vào bản chất của

dòng điện chạy trong vật dẫn điện Dòng điện này

Cơ chế hiệu ứng Hall trên một thanh Hall kim loại 1: electron 2: thanh Hall 3: nam châm 4: từ trường 5: nguồn điện Màu

đỏ trên thanh Hall thể hiện sự tập trung của điện tích dương, còn màu xanh, ngược lại, là nơi tập trung điện tích âm Trên các hình B, C, D, chiều của nguồn điện và/hoặc từ trường được đổi ngược.

chính là sự chuyển động của cácđiện tích(ví dụ nhưelectrontrongkim loại) Khi chạy quatừ trường, cácđiện tích chịulực Lorentzbị đẩy về một trong hai phíacủa thanh Hall, tùy theo điện tích chuyển động đóâmhaydương Sự tập trung các điện tích về một phía tạonên sự tích điện trái dầu ở 2 mặt của thanh Hall, gây rahiệu điện thế Hall

Công thức liên hệ giữa hiệu thế Hall, dòng điện và từtrường là:

V H = (IB)/(den)

với VH là hiệu thế Hall, I làcường độ dòng điện, B là

cường độ từ trường, d là độ dày của thanh Hall, e là

điện tích của hạt mang điện chuyển động trong thanh

Hall, và n mật độ các hạt này trong thanh Hall.

Công thức này cho thấy một tính chất quan trọng tronghiệu ứng Hall là nó cho phép phân biệt điện tích âm hay17

Trang 26

18 CHƯƠNG 13 HIỆU ỨNG HALL

dương chạy trong thanh Hall, dựa vào hiệu thế Hall

âm hay dương Hiệu ứng này lần đầu tiên chứng minh

rằng, trongkim loại,electronchứ không phải làproton

được chuyển động tự do để mang dòng điện Điểm thú

vị nữa là, hiệu ứng cũng cho thấy trong một số chất

(đặc biệt làbán dẫn), dòng điện được mang đi bởi cáclỗ

trống(có điện tích tổng cộng là dương) chứ không phải

là electron đơn thuần

Khitừ trườnglớn vànhiệt độhạ thấp, có thể quan sát

thấyhiệu ứng Hall lượng tử, thể hiện sựlượng tử hóa

điện trởcủa vật dẫn

Với các vật liệusắt từ, điện trở Hall bị tăng lên một cách

dị thường, được biết đến làhiệu ứng Hall dị thường, tỷ

lệ với độ từ hóa của vật liệu Cơ chế vật lý của hiệu ứng

này hiện vẫn còn gây tranh cãi

Hiệu ứng Hall được sử dụng chủ yếu trong các thiết bị

đo, đầu dò Các thiết bị này thường phát ra tín hiệu rất

yếu và cần đượckhuếch đại Đầuthế kỷ 20, cácmáy

khuếch đạidùngbóng chân khôngquá tốn kém, nên

các đầu đo kiểu này chỉ được phát triển từ khi có công

nghệvi mạch bán dẫn Ngày nay, nhiều "đầu dò hiệu

ứng Hall” chứa sẵn các máy khuếch đại bên trong

13.2.1 Đo cường độ dòng điện

Xem thêm Ampe kế

Đầu đo dòng điện dùng hiệu ứng Hall, có sẵn khuếch đại Đường

kính 8 mm

Hiệu ứng Hall nhạy cảm với từ trường, mà từ trường

được sinh ra từ mộtdòng điệnbất kỳ, do đó có thể đo

cường độ dòng chạy qua một dây điện khi đưa dây này

gần thiết bị đo iết bị có 3 đầu ra: một dây nối đất, một

dây nguồn để tạo dòng chạy trong thanh Hall, một dây

ra cho biết hiệu thế Hall Phương pháp đo dòng điệnnày không cần sự tiếp xúc cơ học trực tiếp với mạchđiện, hầu như không gây thêm điện trở phụ của máy

đo trong mạch điện, và không bị ảnh hưởng bởi nguồnđiện (có thể làcao thế) của mạch điện, tăng tính an toàncho phép đo Có vài cách để đưa dây điện mang dòngvào gần thiết bị đo như sau:

Cuốn dòng cần đo

Dòng điện cần đo có thể được cuốn quanh thiết bị đo.Các độ nhạy ứng với các cường độ dòng điện khác nhau

có thể được thay đổi bằng số vòng cuốn quanh thiết bị

đo Phương pháp này thích hợp cho cácampe kếlắpvĩnh cửu vào cùng mạch điện

Kẹp vào dòng cần đo

iết bị được kẹp vào dây dẫn điện Phương pháp nàydùng trong kiểm tra đo đạc, không lắp vĩnh cửu cùngmạch điện

13.2.2 Tính nhân

Về cơ bản ứng dụng này dựa vào công thức của hiệuứng Hall: hiệu thế Hall làtíchcủacường độ dòng điện(tỷ lệ với hiệu điện thế áp dụng lên thanh Hall, nhờđịnhluật Ohm) vớicường độ từ trường(có thể được sinh ra

từ mộtcuộn cảm, tỷ lệ với hiệu điện thế áp dụng lêncuộn cảm)

Đo công suất điện

Công suấttiêu thụ của một mạch điện làtíchcủacường

độ dòng điệnvàhiệu điện thếtrên mạch Vậy có thể đocông suất này bằng cách đo dòng điện (như mô tả ởtrên) đồng thời với việc dùng hiệu điện thế của mạchđiện để nuôi dòng qua thanh Hall Phương pháp nhưvậy có thể được cải tiến để đo công suấtdòng điện xoaychiềutrong sinh hoạt dân dụng Nó thường chính xáchơn các thiết bị truyền thông và ít gây cản trở dòngđiện

13.2.3 Xác định vị trí và chuyển động

Hiệu ứng Hall có thể dùng để xác định vị trí cơ học Cácthiết bị kiểu này không có một chi tiết cơ học chuyểnđộng nào và có thể được chế tạo kín, chịu được bụi, chấtbẩn, độ ẩm, bùn lầy… Điều này giúp các thiết bị này cóthể đo đạc vị trítiện hơn dụng cụquang họchaycơđiện

Trang 27

Khởi động ô-tô

Khi quay ổ khóa khởi độngô-tô, mộtnam châmgắn

cùng ổ khóa quay theo, gây nên thay đổitừ trường,

được cảm nhận bởi thiết bị dùng hiệu ứng Hall Phương

pháp này tiện lợi vì nó không gây hao mòn như phương

pháp cơ học khác

Dò chuyển động quay

Việc dò chuyển động quay tương tự như trên rất có ích

trong chế tạo hệ thốnghãm phanh chống trượtnhạy

bén hơn củaô-tô, giúp người điều khiển xe dễ dàng

hơn

13.3 Lịch sử khám phá

Năm1878,Edwin Herbert Hall, khi đang là sinh viên

của trường Đại học Johns Hopkins, đọc quyển sách

“Luận về thuyết Điện từ" viết bởiJames Clerk Maxwell

Ông đã thắc mắc với giáo sư của mình là Henry

Rowlandvề một nhận xét của Maxwell rằng “lực điện

từ đặt lên dây dẫn không tác dụng trực tiếp lên dòng

điện mà tác động lên dây dẫn mang dòng điện đó"

Rowland cũng nghi ngờ tính xác thực của kết luận đó

nhưng những kiểm tra bằngthực nghiệmcủa ông đã

không mang lại kết quả phản bác

Hall quyết định tiến hành nhiều thí nghiệm và cũng

đã thất bại Cuối cùng, ông làm lại thí nghiệm của

Rowland, nhưng thay thế dây dẫnkim loại trong thí

nghiệm này bằng một lávàngmỏng Hall đã nhận thấy

từ trườnglàm thay đổi sự phân bốđiện tíchtrong lá

vàng và làm lệch kim củađiện kếnối với các mặt bên

của nó í nghiệm đã không chỉ thỏa mãn thắc mắc

của Hall về nhận xét của Maxwell, mà đã khẳng định

bản chất dòng điện trong kim loại

Ngày nay, ta biết là điều kiện thí nghiệm thời ấy chỉ

tạo được từ trường yếu và hiệu ứng chỉ quan sát được

khi kim loại dẫn điện rất tốt như vàng Hall đã đi đúng

hướng khi sử dụng vàng trong thí nghiệm của mình, để

khám phá ra một hiệu ứng cơ bản trongvật lý chất rắn

hiện đại

Phát hiện này cũng đã mang lại cho Hall một vị trí tại

trườngĐại học Harvard Công trình của ông được xuất

bản năm1879 Năm1881, sách của Maxwell được tái

bản lần hai với chú thích: "Ông Hall đã phát hiện rằng

một từ trường ổn định có thể làm thay đổi chút ít sự

phân bố dòng điện trong phần lớn các dây dẫn, vì vậy

tuyên bố của Maxwell chỉ được xem như là gần đúng.”

Hiệu ứng Hall không chỉ được ứng dụng trong nhiều

ngành công nghệ từ cuối thế kỷ 20, mà còn là tiền

đề cho các khám phá tương tự cùng thời kỳ này như

hiệu ứng Hall lượng tử, một hiệu ứng đã mang lạigiải

thưởng Nobel vật lýcho người khám phá ra nó

13.4 Xem thêm

• Giải Nobel vật lý

• Hiệu ứng Hall lượng tử

• Hiệu ứng Hall spin lượng tử

13.5 Tham khảo 13.6 Liên kết ngoài

(bằngtiếng Việt)

• Lịch sử khám phá hiệu ứng Hall(bằngtiếng Anh)

• " e Hall Eﬀect" nist.gov

• Hall, Edwin, " On a New Action of the Magnet

on Electric Currents" American Journal ofMathematics vol 2 1879

Trang 28

Chương 14

Hiệu ứng Hall lượng tử

Hiệu ứng Hall lượng tử (tiếng Anh: quantum Hall eﬀect) được phát hiện vào năm 1980 bởi Klaus vonKlitzingvà cộng sự Hai năm sau, hiệu ứng Hall lượng

tử phân số cũng được phát hiện bởi một nhóm nhà thực

nghiệm lãnh đạo bởi D Tsui Hiệu ứng mới này khiến

hiệu ứng Hall lượng tử ban đầu còn được gọi là hiệu ứng Hall lượng tử nguyên.

14.1 Hiệu ứng Hall lượng tử

Trang 29

15.1 Chú thích

[1] Kompanheetx, A.X (1982) Giáo trình vật lý lý thuyết

(tập 2) - Các định luật thống kê Mir tr 58 |tên 2= thiếu

|họ 2= trong Authors list (trợ giúp)

21

Trang 30

Chương 16

Hiệu ứng từ nhiệt

Hiệu ứng từ nhiệt là một hiện tượngnhiệt động họctừ

tính, là sự thay đổinhiệt độ(bị đốt nóng hay làm lạnh)

của vật liệu từ trong quá trình từ hóa hoặc khử từ Hiệu

ứng từ nhiệt thực chất là sự chuyển hóa năng lượng từ

- nhiệt trong các vật liệu từ

16.1 Sơ lược về hiệu ứng từ nhiệt

Nguyên lý hiệu ứng từ nhiệt - Từ trường làm định hướng các

mômen từ, làm thay đổi entropy của hệ các mômen từ

Khi ta đặt mộttừ trườngvào một vật liệu từ, các mômen

từ sẽ có xu hướng sắp xếp định hướng theo từ trường

Sự định hướng này làm giảmentropycủa hệ mômen

từ Nếu ta thực hiện quá trình này một cách đoạn

nhiệt(tổng entropy của hệ vật không đổi) thì entropy

của mạng tinh thể sẽ phải tăng để bù lại sự giảm của

entropy mômen từ á trình này làm cho vật từ bị

nóng lên Ngược lại, nếu ta khử từ (đoạn nhiệt), các

mômen từ sẽ bị quay trở lại trạng thái bất trật tự, dẫn

đến việc tăng entropy của hệ mômen từ Do đó, entropy

của mạng tinh thể bị giảm, và vật từ bị lạnh đi

Hiệu ứng từ nhiệt lần đầu tiên được phát hiện năm 1881

bởiE Warburgkhi tiến hành từ hóasắttạo ra sự thay

đổi nhiệt độ từ 0,5 đến 2 K cho một T biến thiên từ

trường

Hiệu ứng này được phát triển và giải thích nguyên lý

bởiDebye(năm 1926) vàGiauquenăm 1927 eo đó,

từ có hệ thứcMaxwell, ta có biến thiên entropy của hệ:

Biến thiên nhiệt độ trong các quá trình đoạn nhiệt này

sẽ được cho bởi công thức:

∆T ad=∫H

0

T C(T ,H) ∂M ∂T dH

Ở đây C(T,H) là nhiệt dung của vật liệu am số ∆S m

được coi là tham số đặc trưng cho hiệu ứng từ nhiệt củavật liệu Còn tham số biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt

∆T adcực kỳ quan trọng cho ứng dụng Một cách gầnđúng, có thể xem rằng biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt

tỉ lệ thuận với biến thiên entropy từ, tỉ lệ nghịch vớinhiệt dung và tỉ lệ thuận với nhiệt độ hoạt động Hiệuứng từ nhiệt lần đầu tiên được ứng dụng vào các máylạnh hoạt động bằng từ trường vào năm 1933 để tạo ranhiệt độ rất thấp là 0,3 Kelvin bằng cách khử từ đoạnnhiệt các muốithuận từ

16.2 Ứng dụng của hiệu ứng từ

nhiệt

Có hai xu hướng nghiên cứu ứng dụng hiệu ứng từnhiệt:

• Nghiên cứu các vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt lớn ở

nhiệt độ thấp cho kỹ thuật tạo nhiệt độ rất thấp.Với phương pháp này, người ta đã tạo ra nhiệt độcực thấp, tới cỡ miliKelvin hay microKelvin

• Nghiên cứu các vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt lớn

ở xung quanh nhiệt độ phòng (hoặc cao hơn) để

sử dụng trong cácmáy lạnhthay thế cho các máylạnh truyền thống sử dụng chu trình nén khí với

ưu thế:

22

Trang 31

Quá trình nhiệt động trong các thiết bị làm lạnh bằng từ trường

so sánh với làm lạnh bằng khí nén truyền thống

• Không gây ô nhiễm (máy lạnh dùng khí nén

thải ra khí phá hủytầng ôzôn) do không thải

ra các chất thải ô nhiễm

• Hiệu suất cao: Các mạnh lạnh dùng từ có thể

cho hiệu suất cao trên 60% trong khi các máy

lạnh nén khí chỉ cho hiệu suất không quá

• Từ hóa đoạn nhiệt: Tức là đặt một từ trường (+H)

để định hướng các mômen từ, dẫn đến việc tăng

nhiệt độ của khối vật liệu từ

• Hấp thu nhiệt: Người ta sử dụng các chất lỏng

(nước, dầu, nitơ lỏng…) để thu nhiệt, đưa nhiệt độ

của mẫu trở lại ban đầu mà vẫn giữ nguyên từ tính

của khối vật liệu

• Khử từ đoạn nhiệt: á trình này, từ tính của mẫu

bị phá hủy bằng cách đặt các từ trường ngược, tạo

nên sự hỗn loạn trong định hướng của các mômen

từ, và khối vật liệu bị lạnh đi

• Lấy nhiệt của môi trường làm lạnh: Sử dụng các

chất dẫn nhiệt để truyền nhiệt từ môi trường cần

làm lạnh vào vật Vật trở lại trạng thái ban đầu,

quay trở lại điểm bắt đầu của chu trình

Máy lạnh dùng từ trường của Astronautics Co (2001)

16.4 Vật liệu từ nhiệt

Hiệu ứng từ nhiệt là một hiệu ứng cố hữu của các vậtliệu từ, có nghĩa là tính chất này có mặt ở tất cả cácvật liệu từ Hiệu ứng này đạt giá trị cực đại tại nhiệt

độ chuyển pha từ tính của vật liệu (theo công thức vềbiến thiên entropy từ ở trên, giá trị này cực đại khi biếnthiên của mômen từ cực đại - xảy ra ở nhiệt độ chuyểnpha từ tính) ông thường, biến thiên entropy từ vàbiến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt sẽ lớn khi vật liệu là sắt

từ, và xảy ra lớn nhất ở nhiệt độ chuyển pha loại 2 (lýthuyết tính toán mới đây cho rằng hiệu ứng này lớnnhất tại nhiệt độ chuyển pha loại 1) Các vật liệu đangđược nghiên cứu và sử dụng gần đây:

• Gadolinium (Gd) và các hợp kim của chúng: Gd là

một nguyên tố sắt từ có mômen từ lớn nên có khảnăng cho hiệu ứng từ nhiệt lớn Các hợp kim của

nó đang được sử dụng là Gd5(Si x Ge1−x)4, hay

Gd1−x Co x Các vật liệu này đều cho hiệu ứng từnhiệt lớn và được gọi là hiệu ứng từ nhiệt khổng

lồ (Giant magnetocaloric eﬀect - GMCE) Cho đếnhiện nay, Gd và các hợp kim của nó vẫn là loạiđược sử dụng phổ biến nhất trong các máy lạnhthử nghiệm

La(F e x Si1−x)13Co(H), M nF eP1−x As x , các hợp kim nhớ hình ( NiMnGa …) là các vật

liệu đang được nghiên cứu gần đây có hiệu ứng

từ nhiệt khổng lồ xung quanh nhiệt độ phòng

• Tuy nhiên, các vật liệu liên kim loại - đất hiếm

có nhược điểm là quy trình chế tạo phức tạp, giáthành cao và thường có độ bền kém nên người

ta đang nghiên cứu phát triển các vật liệu khác

có giá thành rẻ hơn và dễ chế tạo hơn Các vật

Trang 32

24 CHƯƠNG 16 HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT

liệu gốmperovskitecũng là nhóm các vật liệu có

hiệu ứng từ nhiệt ở xung quanh nhiệt độ phòng

nhưng chúng mắc nhược điểm là cónhiệt dung

cao, mômen từ nhỏ nên ít khả quan cho ứng dụng

Gần đây, các vật liệu vô định hình nềnsắtđược coi

là rất khả quan cho ứng dụng với hiệu ứng từ nhiệt

khổng lồ trong dải rộng nhiệt độ, dễ chế tạo và giá

rẻ…

• Các muối thuận từ cho kỹ thuật nhiệt độ rất thấp

Các vật liệu này về mặt thực chất là các vật liệu từ có

nhiệt độ trật tự rất thấp, người ta sử dụng chúng để

tạo ra các nhiệt độ rất thấp (tới cỡ một vài miliKelvin)

Nhiệt độ thấp ban đầu được tạo ra nhờHêlilỏng và sau

đó tạo quá trình khử từ đoạn nhiệt để tạo nhiệt độ rất

thấp

16.5 Phương pháp đo đạc hiệu ứng

từ nhiệt trong vật lý chất rắn

Hiệu ứng từ nhiệt đang là một chủ đề hấp dẫn củavật

lý chất rắn,khoa học vật liệunói chung và ngànhtừ

họcnói riêng Trong nghiên cứu về các vật liệu có hiệu

ứng từ nhiệt lớn, có thể có nhiều cách khác nhau để

xác định tính chất của hiệu ứng này, và có 2 cách được

dùng phổ biến nhất:

Hệ các đường cong từ hóa đẳng nhiệt của một vật liệu có hiệu

ứng từ nhiệt lớn được đo tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

( Hà Nội )

• Đo trực tiếp

Mẫu cần đo được đặt vào buồng

cách nhiệt và có thể điều khiển

nhiệt độ, tiếp xúc với cảm biến

nhiệt độ Đặt từ trường vào đểtừ

hóavà khử từ mẫu đo, cảm biến

nhiệt độ sẽ ghi lại trực tiếp sự

biến đổi nhiệt độ củavật liệu Các

này cho trực tiếp biến thiên nhiệt

độ đoạn nhiệt ∆T ad nhưng khóthực hiện hơn do phải tạo cho vậtkhông có sự trao đổi nhiệt trongquá trình đo

• Đo gián tiếp

đo biến thiên entropy từ, ta chỉviệc đo một loạt cácđường cong

từ hóa đẳng nhiệtở các nhiệt độkhác nhau, xác định diện tíchchắn bởi đường cong và biếnthiên entropy từ là hiệu các diệntích liên tiếp chia cho biến thiênnhiệt độ (xem hình vẽ)

16.6 Các máy lạnh làm lạnh bằng

từ trường thương phẩm

Chưa có các máy lạnh hoạt động cho vùng nhiệt độphòng bằng từ trường thương phẩm tại thời điểm hiệntại Các thiết bị vẫn còn trong giai đoạn thử nghiệm vàmục tiêu hiện nay vẫn là tìm ra các loại vật liệu từ nhiệt

có các đặc tính:

• Có hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ xảy ra xung quanh

nhiệt độ phòng

• Hiệu ứng từ nhiệt phải xảy ra trong biến thiên từ

trường nhỏ vì các máy móc dân dụng không thểtạo ra từ trường lớn Hầu hết các vật liệu có hiệuứng từ nhiệt khổng lồ hiện tại đều đạt được ở từtrường lớn gây nhiều khó khăn cho ứng dụng

• Vật liệu phải có nhiệt dung nhỏ (để tạo ra biến

thiên nhiệt độ lớn, dễ truyền nhiệt…), chế tạokhông quá phức tạp và có độ bền trong quá trìnhhoạt động

Máy lạnh hoạt động ở vùng nhiệt độ phòng đầutiên được sản xuất vào năm 1997 bởi nhóm Karl A.Gschneidner, Jr ở Phòng í nghiệm Ames, Trường

Trang 33

Đại học Tổng hợp bang Iowa (Mỹ) Cho đến nay, đã

có nhiều công ty đang nghiên cứu phát triển thiết bị

này và thông báo rằng trong một vài năm tới sẽ chính

thức đưa ra thị trường các sản phẩm này

• What is magnetocaloric eﬀect and what materials

exhibit this eﬀect the most?

• Magnetocaloric materials keep fridges cool by C

Wu

• Ames Laboratory news release, 25 tháng 5

năm 1999, Work begins on prototype

magnetic-refrigeration unit

• Magnetic refrigerator successfully tested

• Refrigeration SystemsTerry Heppenstall’s notes,

University of Newcastle Upon Tyne (tháng 11 năm

2000)

• XRS Adiabatic Demagnetization Refrigerator

1 ^ Buschow K.H.J, de Boer F.R (2004) Physics

of Magnetism and Magnetic Materials Kluwer

Academic / Plenum Publishers.ISBN

0-306-48408-0

2 ^Robert C O'Handley (1999) Modern Magnetic

Materials: Principles and Applications

Wiley-Interscience ISBN-13 978-0471155669

Trang 34

Chương 17

Hóa keo

Hóa keo là lĩnh vựchóa họcnghiên cứu về các cách chếtạo, đặc điểm và biến đổi cáchệ keo Hệ keo là một hệthống phân tán các phần tử có kích thước từ một phầntriệu cho đến vài phần ngànmilimét Các phần tử nàyđược phân tán trong một môi trường phân tán

Hệ keo là một hệ phân tán giữadung dịchvà huyềnphù Hệ keo không cóáp suất thẩm thấu, không tăngnhiệt độ sôivà không giảmnhiệt độ đông đặccủa môitrường phân tán (gọi là các tính chất của hệ keo) Cáchạt keo thường mang điện tích hấp thụ vì thế mà có thểtách chúng ra bằng phương phápđiện di Các hạt keochống sự kết tụ của các loại hạt keo khác thường đượcgọi là keo bảo vệ, ví dụ nhưdextrin Trong cơ thểđộngvậtvàthực vậtcó rất nhiều hoạt chất tồn tại trong hệkeo

26

Trang 35

Khối lượng hiệu dụng

Khối lượng hiệu dụng (tiếng Anh: eﬀective mass) là

khái niệmsử dụng trongvật lý chất rắndưới mô hình

cơ học lượng tửnhằm mô tả chuyển động củađiện tử,

lỗ trốnghoặc các vi hạt trong trườngtinh thểhoặc các

trường điện từ Với mô hình này, các tính chất động học

của hạt có thể xác định như bài toáncơ học Newtoncho

các hạt vĩ mô, mà ở đó cácđịnh luật Newtoncó thể áp

dụng được Khối lượng hiệu dụng có thể dương hoặc

âm, có thứ nguyênlà thứ nguyên của khối lượng và

phụ thuộc vào trạng thái của hạt, và là mộttensơ[1]

18.1 Khái niệm về khối lượng hiệu

dụng

Khi một vi hạt (mà điển hình làđiện tử) chuyển động

trong không gian tự do, các chuyển động của nó có

thể tính toán qua các định luật Newton Tuy nhiên,

khi nó chuyển động trongchất rắn, dưới tác dụng của

lực tương tác với cácnguyên tử, trường thế tuần hoàn

củatinh thểthì chuyển động của nó không còn có thể

mô tả quacơ học cổ điển(mà chủ yếu là cácđịnh luật

Newton) Với việc sử dụng khái niệm khối lượng hiệu

dụng, ta có thể áp dụng các định luật Newton của cơ

học cổ điển

Khối lượng hiệu dụng (mₑﬀ ) được định nghĩa thông

quađịnh luật 2 Newton:

⃗

F = m ef f ⃗a

Trongcơ học lượng tử, khi điện tử truyển động trong

điện trườngE, thì gia tốc al theo trục tọa độ l sẽ được

vớiℏ = h/2π làhằng số Planck rút gọn, k là véctơ

sóng ( k = p/ℏ cho điện tử tự do), ϵ(k) là năng lượng

như một hàm củavéctơsóng k Năng lượng ϵ(k) phụ

thuộc vào véctơ sóng tùy thuộc vào trạng thái của điện

tử (tồn tại ở vùng năng lượng nào?…), ví dụ như ở đỉnhvùng hóa trị củaSilicon, quan hệ có thể là[2]:

dương hoặc vô cùng, tùy thuộc vào trạng thái của điện

tử, và không trùng với khái niệm "khối lượng rút gọn"trong cơ học cổ điển

Khái niệm khối lượng hiệu dụng đặc biệt hữu ích trongcác tính toán về vận chuyển trong chất rắn đặc biệt làtrong các hệ vận chuyển trong hàm thế thay đổi, vàtrong các tính toán vềmật độ trạng thái

18.2 Khối lượng hiệu dụng trong

một số chất bán dẫn

Bảng dưới đây liệt kê khối lượng hiệu dụng của điện tử

và lỗ trống ở một số chất bán dẫn trong điều kiện nhiệt

độ rất thấp (bán dẫn thuần)[3],[4], hoặc chi tiết hơn cóthể tham khảo tại[5]

18.3 Chứng minh thực nghiệm

Trong thực nghiệm, để đo khối lượng hiệu dụng củađiện tử trong các chất, người ta thường sử dụng kỹthuậtcộng hưởng cyclotron điện tửmà ở đó phổ hấpthụsóng vibacủa một mẫu bán dẫn trong từ trường sẽđạt cực đại khi tần số sóng viba trùng với tần số cộnghưởng cyclotron:

ω c= eB

m ∗ c

27

Trang 36

28 CHƯƠNG 18 KHỐI LƯỢNG HIỆU DỤNG

Ngoài ra, khối lượng hiệu dụng có thể được xác định

từ việc xác định vùng năng lượng thông qua phép đo

phát xạ quang phân giải góc, hoặc sử dụnghiệu ứng

de Hass-van Alphen; hoặc xác định từ hệ số trong dải

phụ thuộc tuyến tính của nhiệt dung đẳng tích điện tử

ở nhiệt độ thấp Ngoài ra, khối lượng hiệu dụng có thể

được xác định từ các phép đo vận chuyển (ví dụ như

xác định độ linh động của hạt tải điện)

18.4 Chú thích

[1] Charles Kiel (1996).Introduction to Solid State Physics

(ấn bản 7) Wiley tr Eq 29, p 210.ISBN 0-471-11181-3

[2] See Kiel, op cit p 214

[3] S.Z Sze, Physics of Semiconductor Devices,ISBN

Trang 37

Lực kháng từ

Đường cong từ trễ của các vật liệu sắt từ cho phép xác định lực

kháng từ.

Lực kháng từ, đôi khi còn được gọi là trường kháng

từ, hoặc trường đảo từ, là một đại lượng ngoại sử dụng

trong ngànhtừ học, được định nghĩa bằng giá trị củatừ

trườngcần đặt vào để triệt tiêutừ độhoặccảm ứng từ

của vật từ Khi gọi là trường đảo từ, đại lượng này được

định nghĩa làtừ trườngcần đặt để đảo chiềutừ độcủa

vật từ

19.1 Các khái niệm về lực kháng từ

Lực kháng từ thực tế là một đại lượng ngoại của mỗi vật

từ và vật liệu từ ực tế, lực kháng từ chỉ tồn tại ở các

vật liệu có trật tự từ (sắt từ,feri từ,…) ông thường,

lực kháng từ thường được xác định từđường cong từ

trễcủa vật từ Nhờ khái niệm lực kháng từ, người ta

phân loại được hai loạivật liệu sắt từlàvật liệu sắt từ

Là giá trị của lực kháng từ, cho phép triệt tiêu

độ từ hóacủa mẫu Giá trị này mang tính chấtchung, không phụ thuộc vào hình dạng vật

từ, và trong kỹ thuật thường được ký hiệu

là H M

c ông thường, nếu chỉ nói đến khái

niệm lực kháng từ thường để chỉ khái niệm

H B

c Đối với các vật liệu có lực kháng từ nhỏ, sự sai khácgiữa hai đại lượng này rất nhỏ, và đôi khi thường bịnhầm lẫn với nhau Sự sai khác này chỉ trở nên đáng

kể đối với cácvật liệu từ cứng

19.2.1 Trong các vật liệu có dị hướng từ

yếu

ông thường, đối với cácvật liệu từ mềm(có dị hướng

từ yếu), lực kháng từ tỉ lệ thuận vớidị hướng từ tinh thểtheo công thức[1]:

29

Trang 38

30 CHƯƠNG 19 LỰC KHÁNG TỪ

H c = p c × K

Ms

với p c , K, M slần lượt là hệ số tỉ lệ,hằng số dị hướng

từ tinh thểvàtừ độ bão hòacủa vật liệu

• Với các vật liệu từ mềm có kí thước hạt lớn

Đối với các vật liệu loại này (vật liệu truyền thống cổ

điển có kích thước hạt lớn hơn kích thướcvách đômen),

lúc này, quá trìnhtừ hóavà đảo từ thường bị ảnh hưởng

bởi quá trình hãm dịch chuyểnvách đômendo biên hạt

nên lực kháng từ sẽ tỉ lệ nghịch với kích thước hạt theo

• Với các vật liệu từ mềm có kí thước hạt mịn

Là các vật liệu từ mềm có cấu trúc nano, với kích thước

hạt nhỏ hơn chiều dàitương tác trao đổi sắt từ,dị hướng

từ tinh thểbị trung bình hóa, và lực kháng từ lại thay

Trong các vật liệu có dị hướng từ lớn, lực kháng từ thay

đổi rất phức tạp, và phụ thuộc tổng quát theo hàm số[3]:

µ0Msv a1/3 − N ef f × M s − 25S v

Ở đây, α là hệ số phức, γ lànăng lượng vách đômen,

v a là thể tích kích hoạt nhiệt và S vlà hệ số nhớt từ của

vật liệu; còn N ef f làthừa số khử từhiệu dụng

Đối với các vật liệu từ có cấu trúc đơn đômen, cấu

trúc đơn đômen là cấu trúc không cóvách đômennên

không có các quá trình dịch chuyển vách hay hãm các

vách đômentrong quá trìnhtừ hóa Vì thế,quá trình

từ hóa và khử từtrong vật từ có cấu trúc đơn đômen là

quá trình quay kết hợp cácmômen từ Vì thế, lực kháng

từ tạo ra là do đóng góp bởi 3 yếu tố dị hướng:dị hướng

từ tinh thể, dị hướng từ hình dạng và dị hướng từ do sự

bất đồng nhất cấu trúc:[4]:

H c = a K1

M s + b(N1− N2)M s + c λ s τ

M s với K1làhằng số dị hướng từ tinh thể bậc một; N1, N2

làthừa số khử từđo theo 2 phương khác nhau; λ s , τ

lần lượt làtừ giảo bão hòavàứng suấtnội; a, b, c là các

[1] Herzer, Grain size dependence of coercivity and

permeability innanocrystalline ferromagnets, IEEE

Trans Magn 26 (1990) 1397-1402

[2] Y Yoshizawa, Nanocrystalline so magnetic materials in

Handbook of Advanced Magnetic Materials ed by Y Liu

et al., Vol 4, Springer, 2006, ISBN-10 1-4020-7983-4.[3] X C Kou, H Kronmüller, D Givord and M F

Rossignol, Coercivity mechanism of sintered Pr17Fe75B8

and Pr17Fe53B30 permanent magnets,Phys Rev B 50 (1994) 3849 - 3860

[4] N.D e et al High hard magnetic properties

and cellular structure of nanocomposite magnet Nd₄.₅Fe₇₃.₈B₁₈.₅Cr₀.₅Co₁.₅Nb1Cu₀.₂, Journal of Magnetism

and Magnetic Materials 303, e419 - e422 (2006)

[5] L Jinfang, L Helie and W Jiang, Discussion of the

coercivity mechanism of RE-TM-B permanent magnets,

J Phys D: Appl Phys 25 (1992) 1238 - 1242

Trang 39

Multiferroics là tên một loạivật liệu(tên gọi xuất phát

từ thuật ngữtiếng Anh, và chưa có một thuật ngữ chính

xác trongtiếng Việt) tổ hợp với nhiều tính chất trong

cùng một pha của vật liệu Trong tên gọi, multi có nghĩa

là đa, nhiều; ferroic mang ý nghĩa của các tính chất ferro

(sắt) như sắt từ,sắt điện ,… Các tính chất sắt là các thuộc

tính căn bản, nhưng đôi khi multiferroics cũng bao gồm

cả các tính chất thứ cấp kiểu phản sắt (ví dụ nhưphản

sắt từ,phản sắt điện, hayferi từ )[1]

20.1 Lịch sử

Khái niệm multiferroics lần đầu tiên được Hans Smid

sử dụng năm 1994 trong xuất bản của mình trên tạp

chí Ferroelectrics[1] Trong bài báo này, Hans Schid đã

sử dụng định nghĩa multiferroics như một vật liệu đơn

pha nhưng có đồng thời hai hoặc nhiều hơn các tính

chất ferroic Ngày nay, khái niệm multiferroics đã được

mở rộng ra các loại vật liệu mà mang trong mình bất

kỳ một kiểu trật tự từ, hay điện hay cơ đàn hồi ở trật tự

xa Trên thực tế, loại vật liệu có tính chất như vậy đã

được nghiên cứu từ năm những năm 1960[2] Và lĩnh

vực này được ra đời với từ khóa chung là các hệ từ-điện

(magnetoelectric)[3] Nhưng sau khi ra đời, lĩnh vực này

hầu như ít được quan tâm, và chỉ thực sự trở nên sôi

động trở lại vào năm 2003 với nhiều phát hiện về độ

phân cực lớn trong cácmàng mỏng epitaxyBiFeO3 [4]

và phát hiện về liên kết điện - từ mạnh trong các vật liệu

TbMnO3 [5]và TbMn2O5 [6] Và hiện nay, multiferroics

đang là một lĩnh vực nghiên cứu sôi nổi trongvật lý

chất rắnvàkhoa học vật liệudo khả năng tạo ra nhiều

vật liệu tổ hợp mang nhiều tính chất lý thú cả về mặt

khoa học cơ bản, cũng như ứng dụng trong công nghệ

ra tính sắt điện Nếu có thêm sự có mặt của các ion từtính, sẽ tạo ra một liên kết mạnh giữa sắt điện và sắt từ,

và tạo ra sự định xứ mạnh của điện tử

Hiệu ứng trật tự điện tích xảy ra phổ biến ở cácperovskite[7]mà ở đó tính chất sắt điện, sắt từ có thểđồng thời tồn tại, cộng với các hiện tượng chuyển phadẫn đến sự thay đổi tính chất dẫn của vật liệu Một ví

dụ điển về hiện tượng trật tự điện tích trong các vật liệumultiferroics là xảy ra trong LuFe2O4 [8]mà tính chấtsắt điện xảy ra ở dưới 330 K, đồng thời tínhferi từcũngxuất hiện dưới nhiệt độ 240 K

20.2.2 Multiferroics vô hiệu quả hình học

20.2.3 Tính sắt điện bị điều khiển bởi từ

tính 20.2.4 Multiferroics cặp cô độc 20.3 Hiệu ứng điện từ

Là một tính chất nội tại quan trọng của cácmultiferroics mà ở đó, tínhsắt từvàsắt điệnngoài việcliên kết mạnh với nhau, còn có sự ảnh hưởng chéo giữasắt từ-điện trường,sắt điện-từ trường Hiệu ứng này

có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến, và phụ thuộc vàonhiệt độ Hiệu ứng này có thể được viết dưới dạngtensơ

Trang 40

32 CHƯƠNG 20 MULTIFERROICS

Về mặt thực chất, multiferroics là một dạng vật liệu tổ

hợp mà điển hình là tổ hợp các tính chất sắt điện-từ,

do đó vật liệu ở dạng khối được khai thác cho các ứng

dụng như các cảm biến đo từ trường xoay chiều với độ

nhạy cao, các thiết bị phát siêu âm điều chỉnh điện từ,

hay các bộ lọc, các bộ dao động hoặc bộ dịch pha mà ở

đó các tính chất cộng hưởng từ (sắt từ,feri từ,phản sắt

từ…) bị điều khiển bởi điện trường thay vì từ trường[9]

Đối với các vật liệu dạng màng mỏng, các thông số

trật tự liên kết sắt điện và sắt từ có thể khai thác để

phát triển các linh kiệnspintronics(ví dụ như các cảm

biếnTMR, hayspin valve… với các chức năng được điều

khiển bằngđiện trường Một linh kiện TMR điển hình

kiểu này chứa 2 lớp vật liệu sắt từ, ngăn cách bởi một

lớp rào thế (dày cỡ 2 nm) là vật liệu multiferroics[10]

Khi dòng điện tử phân cực spin truyền qua hàng rào

thế, nó sẽ bị điều khiển bởi điện trường và do đóhiệu

ứng từ điện trởcủa hệ màng sẽ có thể được điều khiển

bằng điện trường thay vì từ trường Những linh kiện

kiểu này sẽ rất hữu ích cho việc tạo ra các phần tử nhớ

nhiều trạng thái, mà ở đó dữ liệu có thể được lưu trữ

bởi cả độ phân cực điện và từ

[1] Hans Schmid, Ferroelectric 162 (1994) 317

[2] E Ascher, H Rieder, H Schmid, H Stössel, Some

Properties of Ferromagnetoelectric Nickel-Iodine Boracite,

[6] N Hur et al., Electric polarization reversal and memory

in a multiferroic material induced by magnetic ﬁelds,

Nature 429 (2004) 392-395.

[7] C.N.R Rao, A K Cheetham, Charge ordering in

manganates, Science 276 (1997) 911 - 912.

[8] N Ikeda et al., Ferroelectricity from iron valence ordering

in the charge-frustrated system LuFe2O4, Nature 436

(2005) 1136

[9] C W Nan et al., Multiferroic magnetoelectric composites:

Historical perspective, status, and future directions, J.

App Phys 103 (2008) 031101

[10] M Gajek et al., Tunnel junctions with multiferroic

barriers, Nature Materials 6 (2007) 296-302

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	2,03 MB