Tìm hiểu về các dạng năng lượng từ và cấu trúc đômen

χcóthểtínhđượctheocôngthức: nPm23= Trongcôngthức1.2,nlămậtđộnguyíntửcủacâcchấttừmôi,klăhằngs ố Bonzom an,Tlănhiệtđộtuyệtđốicủachấtthuậntừ... đâycóthểbỏ qua.Tómlại,khiđặttrongtừ trườngngo

′g âybởichínhchấtđó,nghĩalàđãcómộtquátrìnhtừhoáxảyraởtrongchúng.Cácvậtliệubịtừhoánhiềuhayítkhiđ ặ t trongtừtrườngngoàiđượcgọilàcácvậtliệutừ.Từtínhcủacácvậtliệutừkhácnhautuỳthuộcvàocấutrúctừcủachúng.

Ngàynayd o s ự pháttriểncủak h o a h ọ c –

kỹthuậtvậtliệut ừ đượcứngdụngrộngrãitrongthựctế:cácnamchâmvĩnhcửu,cáclõibiếnthếhayổcứngcủamáytính…

Trongtựnhiêncórấtnhiềucácvậtliệutừ,nhưngtừtínhcủanóchưađủlớnnênchưađápứngđượcnhucầucủakhoahọc–

kỹthuật.Đểđápứngnhucầulàmtăngtừtínhcủavậtliệutừtaphảiđitìmhiểusâuhơn:Bảnchất,cấutr úc , tínhchấttừcủavậtliệutừ

Vậtliệutừcónhiềuứngdụngtrongkhoahọc–

kĩthuậtvàtrongcuộcsốngnênđâylàngànhkhoahọcmũinhọnđangđượcnhiềunhàKhoahọcnghiêncứu

Vậtliệutừđượcđặctrưngbởiđườngcongtừhoávàđểgiảithíchtậncùngnguồngốcbàitoáncủaquátrìnhtừhoákĩthuật,tứclàbiếttạisaodạngđườngtừh o á phụthuộcvàotínhchấtnộitạivàcáctácđộngbênngoài.Tacầnnghiêncứucácloạinănglượngtươngtáccơbảnxácđịnhtrạngtháitừcủacácvậtliệuđangxét

Nếuchỉtínhđếnnănglượngtraođổithìtrongchấtsắttừ,trạngtháicólợinhấtvềnănglượnglàtrạngtháimàđộtừhoálàđồngnhấtcóphươngnhưnhautạitấtcảcácđiểmcủamẫu.Nhưngtínhđếntấtcảcáctínhchấtkhác(nănglượngdịhướngtừtinhthể,nănglượngtừđànhồi…)thìtrongphầnlớncáctrườnghợp,trừvớicáchạtcựcnhỏhoặcvớicácmàngmỏng,việctạothànhcáccấut r ú c

đômentứclàcácmiềntừhoátựphátvĩmômàcácvectơtừđộcủacácmiềnnàycócácđịnhhướngkhácnhausẽcólợivềnănglượng.

NỘIDUNG CHƯƠNGI:VẬTLIỆUTỪ

I.1 THUẬNTỪ

Lăcâcchấtplatin,Nhôm,Tungseng,tấtcảcâcloạiKiềmvăkiềmthổ,cònk h í thuậntừcóthểlẵxy,nitritôxyt.Đốivớicâcchấtthuậntừthìtừtrườngphụ

¯⃗rcũngcóchiềuvớiH¯⃗nhưngcườngđộcủa ¯⃗rrấtnhỏ.DođócầnphảicómộttừtrườngngoăiH¯⃗rấtlớnmớiquansâtthấyhiệuứngthuậntừ.ThựcnghiệmchứngtỏkhiđưamộtthỏiNhômvăotrongmộttừtrườngngoăikhôngđềucủamộtthanhn a m chđmđiệnmạnh,t h ì thỏiN h ô m chỉb ị h ú t v ề p h í a từ trườngmạnh.Nhưnghiệntượngnăyxảyrarấtyếunínkhóquansât

I.1.1 Câcvậtliệuthuậntừ

Tacóhệ thứcgiữađộtừhóavătừtrườngcủavậtliệutừlă

χI=3 H =

Độcảmtừχ>0văcógiâtrịnhỏ.Giâtrịdươngcủaχcónghĩarằngtrongcâcchấtthuậntừ,mômentừhướngtheotừtrườngngoăiH¯⃗

χcóthểtínhđượctheocôngthức:

nPm23=

Trongcôngthức(1.2),nlămậtđộnguyíntửcủacâcchấttừmôi,klăhằngs ố Bonzom an,Tlănhiệtđộtuyệtđốicủachấtthuậntừ.

ClàhằngsốgọilàhằngsốCurie.Cácvậtliệutừlàcácchấtmànguyêntửh o ặcphântửcủachúngcómômentừngaycảkhikhôngcótừtrườngngoàiH¯⃗.Cụthểlà:

a) Cácnguyênt ử , phânt ử hoặc saihỏngmạngcósốđiệntửl ẻ (cóspintổngk h á c không)

Thídụ:CácnguyêntửNatựdo,oxitnitơdạngkhí(NO),gốciontựdonhưC(C6H5)3,cáctâmFtrongcáctinhthểhalogenitkimloạikiềm

b) Cácnguyênt ử t ự d o h o ặ c iontựd o vớilớpv ỏ trongkhôngđ ầ y n h ư các

nguyêntốchuyểntiếp,cácloạiionđồngđiệntửvớicácnguyêntốchuyểntiếp,các kimloạiđấthiếmvàcácnguyêntốcủanhómUran,thídụMn2+,G d3+,U4+.Nhiềutrongsốcácionnàycótínhthuậntừcảcácliênkếttrongt i n h thểrắn

c) Mộtsốliênkếtcóđiệntửchẵnnhưphântửoxy,cácgốchữucơkép

d) Cáckimloại

Taxéttrườnghợpb)baogồmnhữngnguyêntốsau:

 Cácnguyêntốthuộcnhómkimloại3d(nhómsắt)làcácnguyêntốSc(Z=21),Ti(22) ,V(23),Cr(24),Mn(25),Fe(26),Co(27),Ni(28),Cu(29),t r o n g đólớpvỏ3dnằmởtr onglớpvỏ4s2vàđượclấpđầydần(từ3d1đ nến 4d10).TrongcácmuốicủacácnguyêntốnàychẳnghạnnhưcácmuốiphènNH4Fe(SO4)2.2H2O,cácioncủanhómsắt(ởđâylàFe2+)ởrấtxanhauvà

gầnnhưkhôngtươngtácvớinhau.Cóthểcoiđâylàmộtvậtliệuthuậntừlí

tưởng

 Cácnguyênt ố thuộcn h ó m kimloại4f(nhómđấth i ế m h a y nhómLantan)g ồ m các

nguyêntốLa(z=57),Ce(58),Pr(59),Nd(60),Pm(61),Sm(62),Eu(63),Gd(64),Tb(65),Dy(66),Ho(67),Er(68)Tm(69),Yb(70),Lu(71).Đ ô i khingườitagộpvàonhómđấthiếmcảcácnguyêntốYbvàScvìchúngcó cấutrúcđiệntửngoàitươngtự.Cấuhìnhđiệntửcủachúngcódạng:

4ƒn5s25g65d16s2

S

L S

Trongđón=0÷14khiztăngtừ57đến71.Cácđiệntử5 d16s2thườngngdễbịlấyđidểtạothànhnhómcácionđấthiếmR3+hóatrị3

Vìcácionnàycólớpvỏngoàinhưnhaulà5s25g6(vỏxenon)nêncácyếut ố đấthiếm cótínhchấthóahọcgiốngnhauvàrấtkhótáchchiếtkhỏinhau.Bánkínhcácionhóatrị3nàygiảmdầntừ1,11Åđến0,94ÅkhiđitừCeđếnYb.HiệntượngnàygọilàhiệntượngcoLantan.KhácvớicácnguyêntốnhómFe,vỏđiệntửkhôngđầy4ƒnv iớimômentừ

kháckhôngnằmsâutronglớpvỏ5s25g6vàcóbánkínhnhỏcỡ0,3Ånênngaycảở trạngtháikimloạivàtrongc á c hợpchấtở t h ể rắnchúngcũngbảotoànnguyênvẹnt í n h nguyênt

ử củamình.Tươngt á c spin–

q u ỹ đạoLSmạnhhơnt ư ơ n g táctrườngtinhthểlênLvàdođómômenJphảiđượctínhth

eocôngthứccộngvectơ.Trongkhiđóthìởnhómsắt,tươngtácspinquỹđạov à điệntrườngt i n h thểgâyrasựđóngbăngmômenquỹđạo(hìnhvẽ1.1)

vàcós ự chuyểntừphanọsangphakiatheonhiệtđộ.Hợpchấtđấthiếmcónhiềuứngdụngrộngrãitrongthựctiễnvìcónhiềutínhchấtcơ,điện,từthúvị

Ngoàic á c nguyênt ố c ủ a nhómkiml o ạ i 3dv à 4 f nóitrên,cácnguyêntốthuộccác

I.1.2.Quátrìnhtừhóacủachấtthuậntừ

Chấtthuậntừcómômentừnguyêntửhayphântửkhác0(¯g¯m¯⃗≠0),thídụO2,Al,Pt,đấthiếm,c á c k i m loạik i ề m lànhữngchấtthuậntừ.Bìnhthườngd o chuyểnđộngnhiệt,cácmômentừsắpxếphỗnloạnnêntổng∑¯g¯m¯⃗trongthểtíchcủakhốithuậntừluônluôntriệttiêu(hình1.2)

KhiđặtkhốithuậntừvàotrongtừtrườngngoàiH¯⃗thìcóhaiquátrìnhđồngthờixảyra:

a Cácmôment ừ nguyêntử¯g¯m¯⃗cóxuhướngsắpxếpđểphương,chiềucủachúngtrùngvớiphương,chiềucủaH¯⃗(hình1.3).Tổngcácmômentừ∑¯g¯m¯⃗củacácnguyêntửsẽkhác0.Đólàhiệuứngthuậntừ

Hình1.2(H=0) Hình1.3(H≠0)

b MỗinguyêntửcòncómômentừphụΔ¯g¯m¯⃗ngượcchiềuvớiH¯⃗dohiệuứngnghịchtừ.Nhưnghiệuứngnàynhỏhơnrấtnhiềusovớihiệuứngthuậntừnênở

đâycóthểbỏ qua.Tómlại,khiđặttrongtừ trườngngoàithìtổngmômentừ∑ ¯g¯m¯⃗

I.2.1 Hiệntượngnghịchtừ

Chấtnghịchtừcóđộcảmtừâm3<0vàcógiátrịtuyệtđốirấtnhỏ

|3|<<1

Hiệntượngnghịchtừliênquanđếnxuthếcácđiệntíchchephầnbêntrongcủathểtíchvậtkhỏitácdụngcủatừtrườngngoài.ĐiềunàykhixuấtpháttừđịnhluậtLenxchomộtvòngdâykín:Khibiếnđổitừthôngquavòngdâysẽxuấthiệndòngcảmứngcóphươngđểtừtrườngdonótạorachốnglạisựbiếnđổiđócủatừthông.Trongnguyêntử,điệntửchuyểnđộngtrênquĩđạocủamìnhgiốngnhưdòngsiêudẫn:dòngcảm

ứngsẽtồntạichừngnàotừtrườngngoàichưamất.Từtrườngtạobởidòngcảm

ứngsẽngượcvớitừtrườngngoàivàmômentừliênquanđếndòngnàychínhlàmômennghịchtừ.Hiệntượngnghịchtừxuấthiệncảtrongnhữngnguyêntửcóvỏđầyhoàntoàn(khítrơ)

Việcgiảithíchhiệntượngnghịchtừcủacácnguyêntửvàionthườngdựat r ênđịnhlíLarmor:trongtừtrườngngoàiH¯⃗,chuyểnđộngcủacácđiệntửquanh

2

hạtnhântronggầnđúngbậcnhấttheovéctơH¯⃗vẫngiốngkhikhôngcótừtrườngnhưngcóthêmmộtsựtuếsaivớitầnsốgóc:

ỞđâyB= µ0H,< q2>= <x2>+ <y2>l à t r u n g b ì n h bìnhphươngkhoảngcáchcủacácđiệntửtừt í n h từmộtt r ụ c điq u a h ạ t nhânvàsongsongvớit ừ trường.< q2>liênh ệ với<r2>= <x2>+ <y2>+ <z2>tứclàtrungbìnhbìnhphươngkhoảngcáchtừtâmhạtnhân.Trongtrườnghợpphânbốđiệntíchđốixứngcầutứclà:

H =−6mc2<r

ngườitaxácđịnhđượcrằngnguyêntửHekhôngcómômentừ,thậtvậynếugiảthiếtrằnghaiêlectronchuyểnđộngquanhhạtnhânvớic ù n g mộtv ậ n tốctrênnhữngquỹđạogiốngnhaunhưngngượcchiều.Nhưvậy,cácmômentừquỹđạocủachúngbằngn h a u v ề đ ộ lớnnhưngk h á c dấu,dođ ó tổngc á c môment ừ nàybằngkhông.Hơnnữa,spincủahaiêlectronnàyngượcdấunhau.Tómlạimôment ừ củanguyêntửHebằngkhông.

KhiđặtnguyêntửHevàotrongtừtrườngngoàiH¯⃗,thìngoàilựchútCoulomb,c á c êlectroncònchịut á c dụngcủal ự c Lorentz.V ì haiêlectronnàychuyểnđộngngượcchiềunhaunênmộtêlectronchịulựcLorentzhướngvàotâm

′xu tất hiệnbêntrongchấtsắttừcùngchiềuvớitừtrườngngoàiH¯⃗,vềcườngđộcóthểlớngấphàngchụchayhàngtrămlầntừtrườngngoàiH¯⃗

I.3.1Cácđặcđiểmcủavậtliệusắttừ

CácchấtsắttừnhưkimloạiFehoặcôxytFe3O4,dựavàotínhchấttừhóacònd ư củac h ú

n g ngườithờic ổ đ ã s ử dụngcácvậtliệun à y làml a bàn.N g à y nayngườit a tìmđược rấtnhiềuv ậ t liệuc ó tínhs ắ t từ:k i m loại, hợpkim,c á c ôxit.Trongsốcáckimloạinàychỉcó3kimloạithuộcnhómsắtcótínhsắttừởnhiệtđ ộ phòngl à Fe,C o và Ni.Cáckimloạiđấ

th i ế m cót í n h sắtt ừ ởdướinhiệtđộphòng.Cácvậtliệutừthườngdùngtrongthựctiễnphầnlớnđềuchứacáckimloạin ó i trên.Chúngcóứngdụngrộngrãitrongkỹthuật,đặcbiệtcácvậtliệutừmềm(lõibiếnthếsửdụnghợpkimFe–S i , Permalloy,

…),cácvậtliệutừcứng(namc h â m hợpkim,namchâmđấthiếm,namchâmferit,

…),cácvậtliệughitừ(đĩatừ,băngtừ),cáchợpkimInvar,…

I.3.2 Cấutạocủasắttừ

Chấtsắttừđượccấutạobằngvôsốcácmiềnnhỏgọilàcácđômencókíchthướcdàikhoảng10–2÷10–

3mđãtựtừhóađếnbãohòa.Trongcácđômen,sựt ừ hóakhôngphảidocácmômentừnguyêntửquyếtđịnhnhưđốivớicácchấtthuậntừvànghịchtừ,màsựtừhóatrongmỗiđômenlàdocácmômentừspincủacácelectronquyếtđịnh,cácmômentừspinnàyhướngsongsongvớinhaudướit á c dụngcủamộtloạilựcđặcbiệt,gọilàlựctươngtáctraođổi.Mỗiđômencủas ắ t từđãtựtừhóađếnbãohòakhôngcầncótừtrườngngoài.Sựđịnhhướngsongsongcủacácmômentừspinelectrontrongmỗiđômenlạikhácnhausaochokhikhôngcótừtrườngngoàithìtổngcáctừtrườnggâybởicácđômenbằngkhông

I.3.3 Tínhchấtcủasắttừ

Mộttrongnhữngtínhchấtkhácbiệtcủasắttừlàvéctơtừhóacủathuậntừvànghịchtừtỉlệvớicườngđộtừtrườngngoài,cònvéctơtừhóacủasắttừphụthuộcp h ứ c tạpvàotừtrườngngoài.Ngoàirađộtừthẩmµc aủa sắttừcóthểđạttớigiátrị

rấtlớn,chẳng hạnđốivớisắtµmas=5.103,đốivớipecmalôi(hợpkimFe–Ni),

µmas= 105.Đốivớicácchấtsắttừµmasrấtlớn(µmas~103÷106).Từtính

mạnhnhưvậycủasắttừđượcpháthiệnởquặngsắtvàsắt,sauđóởcácchấtkhácn h ư kền,cobanhoặccáchợpkimnhưpecmalôi(Fe–Ni),hợpkim(Fe–Ni–Al)h a y (Cu– Mn–Al)…Sắttừchỉđượcquansátthấyởcáctinhthể,trongkhiđóthuậntừvànghịchtừcóthểởbấtkỳtrạngtháikếttụnào,ngoàirasắttừcòncónhiềuđặctínhkhácbiệtnữa

Ô cơ sở hóa Ô cơ sở

Nếucácmômentừphânbốcótrậttự,cácchùmneutrontánxạsẽgiaothoanhauvàchocácđườngnhiễuxạđặctrưnggiốngnhưkhichùmđiệntửtánxạtrêncácđiệntíchtrongnhiễuxạkếđiệntử.Bằngphươngphápnhiễuxạneutronngườit a đãpháthiệnraphânbốphảnsắttừcủaMnO.Cấuhìnhcủacácmômentừtrongmạngđượcmôtảnhưhìnhvẽdướiđây:

Mn2+O2

-Hình2.1:CấutrúctinhthểvàcấutrúctừcủaMnO

SựphânbốtrậttựnhưvậychỉcóởvùngnhiệtđộthấphơnT Nnhấtđịnhgọil à nhiệtđộNéelmàởtrênnhiệtđộđósựphânbốlàkhôngtrậttự.Nhưvậy

cóthển ó i vậtliệuphảnsắttừtạothànhtừhaiphânmạngtừbịtừhóangượcnhau:

Tínhchấtphảnsắttừcóởnhiềuvậtliệukhácnhaunhư:MnO(T N=116K),MnS (160K),MnTe(307K),MnF2(67K),Fe2F2(97K),FeO(198K),…cáciontừ

trongcáchợpchấtđónhưMn2+trongMnOđượctáchnhaubởicácionkhôngtừ

nhưO2-,nêntươngtáctraođổitrựctiếpgiữacácionđórấtyếu.Tươngtáctraođ ổ i mạnhdẫnđếnsựsắpxếptrậttự(sắpxếpphảnsongsong)củacácmômentừtrongcácvậtliệunàyđượcgiảthiếtlàmộttươngtácthôngquaquỹđạocủaionoxy.Tươngtácloạinàyđượcgọilàtươngtácsiêutraođổihaytươngtáctraođổig i á n tiếp

II.2 LÝTHUYẾTTRƯỜNGPHÂNTỬCHOPHẢNSẮTTỪ

Sựphụthuộccủađộcảmtừ3v à nhiệtđộTtrongvậtliệuphảnsắttừ(2.2)đ ư ợ c đặctrưngbởi:

 TồntạinhiệtđộtrậttựT Nứngvớimộtđỉnhtrênđường3(T)

 Sựdịhướngcủa3khiT<TN: 3cócácgiátrịkhácnhautùytheotừtrườngH songsong

hayvuônggócvớitrụcspincủamộtđơntinhthểvậtliệuphảns ắ t từ.Giátrị3chovậtliệuđatinhthểlàgiátrịtrunggiangiữacácgiátrịtrên

KhiT > T N,sựphụthuộcnhiệtđộcủa3 tươngt ự n h ư địnhluậtCurie–

Weisschovùngthuậntừcủavậtliệusắttừ

C3=

TuynhiênT’nhậngiátrịâm (T’<0).

HmÆ=mÆÆIÆ+mÆBIB (2.3)

Trongcôngthứctrên,I Av à I Bl àcácđộtừhóacủacácphânmạngtừAvàB,mÆÆvàmÆBlàcáchằngsốtrườngphântử,mÆBluôncógiátrịâm(tươngtáclàphảnsắttừ).TươngtựtrườngphântửtạichỗmạngBlà:

HmB=mBÆIÆ+mBBIB (2.4)

TrongđóNlàsốnguyêntửtrênmộtđơnvịthểtích,B Jl àhàmBrillouin.Giảih ệ phương

trìnhtrêntatìmđượcI A (T)vàI B (T)códạngnhưtrườnghợpsắttừ.Cụt h ể làI Avà I Bgiảmdầnk

hităngnhiệtđộbằngkhôngtạinhiệtđộNéelT Nđượcchobởi:

kTCộnghaivếcủaphươngtrình(2.15)và(2.16)vàgiảicho6 IA

6K +6I6KB )tathuđược:

&H=&H+&H=1−(Nµ2/k T)B(α)(m +m) (2.17)

 ỞnhiệtđộT>T Nsựsắpxếpcácmômentừhoàntoànkhôngtrậttự,vậtliệuchuyểnsangtrạngtháithuậntừvàtacógầnđúngIÆ≈0vàIB≈0.Dođócóthểlấygầnđúng:

Với:

Nănglượngcủahệphảnsắttừlà:

HTừđódẫnđến: IÆ=−

=0hay3∥(T=0)=0.

Khinhiệtđộtăng(T>0K,T<T N ),dochuyểnđộngnhiệtcủacácnútmạng,I Avà I Bbịđịn

hhướngmộtphầntheoH.

m

Ảnhhưởngcủacácthănggiángnhiệtlênhệphảnsắttừtrongtừtrườngsongsongvớitrụcphảnsắttừ(hình2.4)

Hình2.4.Minhhọavềảnhhưởngcủathănggiángnhiệtcủahệphảnsắttrongtừtrườngn

goài.

TathấyI Avà I Bthănggiángquanhvịtrícânbằngdodaođộngnhiệttheocácb i ê n độkhá

cnhau:khiHtăng,thănggiángcủaI Agiảm vàthănggiángcủaI Btăng, g i á trịtrungbìnhI Al ớ n

hơngiátrịtrungbìnhIBdẫnđếncácgiátrịI //

khác 0.TrườnghợpcụthểkhiHsongsongvớiI AvàphảnsongsongvớiIB,hiệuứngcủatừtrườ

nglàlàmtănggiátrịbanđầuI Amộtlượng∆IÆv àgiảmgiátrịbanđầuI Bmộtlượng∆IB.Kếtqu

ảlàởnhiệtđộT ≠0,từđộtổngcộngcủatừtrườngHlà:I //= I A- I B= |∆IÆ|+|

∆IB|.Dođó3∥(H)=I∥/Hsẽ tăngdầnđếngiátrịcựcđại,ứngvớinhiệtđộT=T N

1

3∥(T)⟶3mas(T=TN)=−

2

II.3 FERITHAIPHÂNMẠNG

Làtêngọichungcủacácnhómvậtliệucótrậttựtừmàtrongcấutrúctừcủan ó g ồ m haiphânmạngđ ố i songsongnhưngcóđ ộ lớnkhácnhau.Ferittừcònđ ư ợ c gọilàphảnsắttừbùtrừkhônghoàntoàn

Nếuvậtliệutừcóhaiphânmạngtừkhôngtươngđươngmàtươngtácgiữachúnglàphảnsắttừ(cácmômentừcủahaiphânmạnghướngngượcnhau),tacóv ậ t liệuferithaylàcácvậtliệuferittừ

Vậtliệuferithaiphânmạngt ừ là cácferitspinelNiCr2O4hoặcgranat ytriY3Fe5O12.Vậtliệuphảnsắttừcóthểcoilàmộttrườnghợpriêngcủaferitkhihaiphânmạngnhưnhau

II.3.1 Lýthuyếttrườngphântửchoferithaiphânmạngtừ

KíhiệucácphânmạngbởichữAvàBvàđộtừhóacủamỗiphânmạnglàMAvàMB.Mỗiphânmạngđượcgiảthiếtlàchỉchứacáciontừcùngloại.Nhưv ậ y cót ồn tạ i 3l oạ itươngtác traođổikhảd ĩA –A, B –Bvà A–

2(vaaMa+ 2vabMaMb+ vbbMb) (2.39)Khivab>0đ nhịnh hướngsongsong(↑↑)làcólợihơnvềnănglượng,cònkhi

vab<0,địnhhướngphảnsongsong(↑↓)khôngcólợivềnănglượng.Tacó:

Etd=−2v( Mα a+ 2MaMb+ þMb) (2.40)Cóthểxảyra4trườnghợp:

1) Cảhaiphânmạngởtrạngtháibãohòatừ

Ma=Mao, Mb=Mbo, M=|Mao+5Mbo|Khiđócựctiểucủanănglượngtraođổixảyraítnhấtkhiα≥0, β≥0

I=a,b;5=d uất củavab.Giảihệphươngtrình(3.18)và

(3.19)choMav àM bv àlấytổngM=Ma+Mb,tacó:

Hình2.5.Cấutrúcferitspinel

Bánkính

củaionoxikhoảng1,32Å,lớnhơnrấtnhiềubánkínhcủaionkimloại(0,6Å÷ 0,8Å),dođ ó cácionO2-

Oxitđơnđộcbiểuhiệntínhphảnsắttừhoặcsắttừkýsinhyếu,nhưngmộtloạidungdịchrắngiữachúngcótínhsắttừđiểnhìnhlàcácdungdịchrắnsau:

La3+,Mn3+O3,vàCa2+Mn4+O3,La3+,

Mn3+O3,vàSr2+Mn4+O3,

CHƯƠNGIII:CẤUTRÚCĐÔMENIII.1 NĂNGLƯỢNGTRAOĐỔI

Nănglượngtraođổilàdạngnănglượngcóđượcdotươngtáctraođổigiữacácspincạnhnhaukhihàm sóngđiệntửphủnhaulàmchocácspinsongsongvớinhau

(∇α2)2+

(∇a3)2]A

=

M2[(∇Ms)2+

(∇My) +(∇Mz)2] (3.6)Ởđâyα =α(r)={α1α2α3}làcáccosinchỉphươngcủav é c t ơ từđ ộ tạiđiểmr,Al

àhằngsốtraođổihiệudụngtỉlệvớitíchphântraođổiJvàgiátrịtrungbình<S 2>tạinútkhảosát

Đốivớicáctinhthểlậpphươngtacó:

A=A′(M/

nJS2ỞđâyAr=( /α)v iới αlàhằngsốmạng

M=|

M|,M0l àMởnhiệtđộT=0K,n=2vớitinhthểlậpphươngtâmkhối,n =1vớitinhthểlậpphư

ơngtâmmặt

Nhận xét: Biểu thứctrênkhôngchứa∇αjvà∇Mjởbậcmộtvìnănglượngtươngt á c traođổikhôngthểphụthuộcvàođịnhhướngtừđộMtạiđiểmkhảosátcủa t i n h thể.Nănglượngtraođổitinhthểlàđẳnghướng(isotropic),nóchỉphụthuộcvàot ư ơ n g t á c tĩnhđiệncủac

á c điệntửvàkhôngphụt h u ộ c v à o gócg i ữ a c á c mômenspinv à phươngtrụct i n h thể.Nhưvậy,nếuq u a y toànt h ể h ệ spinđồng

thờimộtgócnàođó,nănglượngtraođổicủahệsẽkhôngthayđổi.Từnhậnxétnàydạngđườngcongtừhóakĩthuậtkhôngphụthuộcvàođộlớncủanănglượngtraođổimàphụthuộcvàocácdạngnănglượngkhác

III.2 NĂNGLƯỢNGDỊHƯỚNGTỪTINHTHỂ

Nănglượngd ị hướnglàdạngn ă n g lượngliênquanđếncáct í n h chấtdịhướngcủavậtliệutừ,trongđóquátrìnhtừhóabịphụthuộcvàohướngtừhóados ự địnhhướngư u tiêncủacácmômentừvàdocấutrúctinht h ể củavậttừ quyđịnh

ĐườngcongtừhóadọctheocácphươngkhácnhaucủacácđơntinhthểFe,Ni,Co,làkhácnhau(hình3.1)

Phươngmàsựtừhóađạtđếnbãohoàdễdàngnhấtgọilàphươngtừhóadễh a y

p h ư ơ n g dễ,phươngmàsựtừhóakhóđạtđượcbãohòanhất(chỉbãohòaởtừtrườngcao)gọilàphươngtừhóakhóhayphươngkhó

Nhưvậycôngtừhóavậtphụthuộcvàophươngtừtrườngngoàiđốivớitrụct i n h th

ể,tứclàđểquayvectơMtheophươngHtaphảithắngnănglượngliênkết