›
›

Bài giảng Vật lý chất rắn - Bài 8: Tính chất từ của chất rắn

pdf 68 trang phuongnguyen 70
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Vật lý chất rắn - Bài 8: Tính chất từ của chất rắn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_vat_ly_chat_ran_bai_8_tinh_chat_tu_cua_chat_ran.pdf

Nội dung text: Bài giảng Vật lý chất rắn - Bài 8: Tính chất từ của chất rắn

  1. Baøi 8
  2. v Tính chaát töøcuûa caùc nguyeân töû pm Moâ-men töøquyõ ñaïo cuûa ñieän töûpmtrong nguyeân töû. Moâ-men töøspin cuûa ñieän töûtrong nguyeân töû Moâ-men töøspin cuûa haït nhaân nguyeân töû Moâ-men töøtoång coäng cuûa nguyeân töûPJ thaønh phaàn chieáu cuûa moâ-men töøcuûa nguyeân töû leân phöông cuûa töøtröôøng ngoaøi PJB . Coù( 2J + 1 ) caùch saép xeáp cuûa moâ-men töøcuûa nguyeân töûtrong töøtröôøng ngoaøi Magneton Bohr mB . Thöøa soáLandeùg
  3. Moâ-men töøcuûa nguyeân töû Ba nguoàn chính cho moâ-men töøcuûa moät nguyeân töûñoäc laäp: l spin cuûa electron l moâ-men ñoäng löôïng quyõ ñaïo cuûa electron quay quanh haït nhaân l Söïthay ñoåi moâ-men quyõ ñaïo trong töøtröôøng ngoaøi. Caùc nguyeân töûcoùcaùc lôùp voûñaày electron khoâng coùmoâmen töø toång coäng Caùc khítrô He, Ne, Ar, Caùc phaân töûkhí H2, N2, Moät soáchaát raén lieân keát ion NaCl, Moät soáchaát raén ñoàng hoùa trò C, Si, Ge,
  4. I.I. MMoâoâ mmeenn ttöøöø cucuûûaa cchahaátát raraénén Xeùt moät chaát coùtheåtích V chöùa N nguyeân töû. Khi chöa coùtöø tröôøng ngoaøi, moâ-men töøtoång coäng baèng N r M = å Pmk k=1 trong ñoù r Z r Pm = å pmj j=1 laømoâ-men töøcuûa nguyeân töûcoùZ electron vaø r v r pm pm = iS laømoâ-men töøcuûa electron chuyeån ñoäng treân quyõ ñaïo.
  5. II.II. CChahaáátt raraéénn ttrroongng ttöøöø trtrööôôøøngng nngoagoaøiøi BBo SSöïöï ttöøöø hohoùaùa Ñaët chaát raén vaøo trong moät töøtröôøng ngoaøi. § Töøtröôøng ngoaøi coùtheåmoâ taûbôûi vec-tô caûm öùng töøhoaëc cöôøng ñoätöøtröôøng . Trong chaân khoâng, giöõa hai vec-tô naøy coù heäthöùc r r Bo = moH -7 mo= 4p.10 T.m/A. § Töøtröôøng ngoaøi coùtaùc duïng : * laøm ñònh höôùng caùc moâ-men töøcuûa caùc nguyeân töû Pmk doïc theo phöông cuûa töøtröôøng ngoaøi hoaëc * laøm xuaát hieän moâ-men töøcaûm öùng ( neáu moâ-men töøcuûa caùc nguyeân töûbaèng 0 khi khoâng coùtöøtröôøng ngoaøi). Moâ-men töøtoång coäng taêng : Vaät chaát bò töøhoùa vaøcoùmoâ- men töø M doïc theo phöông cuûa töøtröôøng ngoaøi .
  6. Ñeåñaëc tröng cho traïng thaùi töøhoùa cuûa vaät chaát trong töøtröôøng ngoaøi, ñònh nghóa vectô ñoätöøhoùa r r M J = m V Do coùsöïtöøhoùa, beân trong chaát raén xuaát hieän töøtröôøng noäi Bi Töøtröôøng noäi do söïxuaát hieän moâ-men töøtoång coäng cuûa caùc nguyeân töû khi coù Bo hoaëc do söï ñònh höôùng laïi cuûa caùc moâmen töønguyeân töûtrong B . r o r Bi = moJm
  7. Khi ñoùtöøtröôøng toång coäng trong vaät lieäu r r r B = Bo + Bi r r r r r B = B + m J = m H + m J o ro m ro o m B = momr H r r r r r J m m H = m H + m J = m H(1+ rm ) o r o o m o H
  8. r J m =1+ rm =1+ c r H r J c = rm H ñöôïc goïi laø ñoäcaûm töø ( magnetic susceptibility ) . mr vaø c laøcaùc ñaïi löôïng khoâng coùthöùnguyeân.
  9. Phaân bieät chaát nghòch töø, thuaän töøvaøsaét töøtheo daáu vaøñoälôùn cuûa c Döïa treân phaïm vi vaøbaûn chaát töông taùc giöõa caùc electron trong chaát raén vaøtöøtröôøng ngoaøi, ngöôøi ta phaân chaát raén thaønh 5 lôùp : Ba lôùp - thuaän töø, nghòch töøvaøphaûn saét töø - gaàn nhö khoâng chòu aûnh höôûng cuûa töøtröôøng ngoaøi, coù |c| >1. c 0 vaønhoû: chaát thuaän töø c > 0 vaølôùn : chaát saét töø
  10. Chaát Chaát C haát saét töø nghòch töø thuaän töø -5 -5 Giaùtrò ñieån » -10 » 10 ½cm ½>> 1 hình cuûa cm Giaùtrò ñieån »1 »1 ½mr ½>> 1 hình cuûa mr öø öø öø t é n t ä n sa û S i e âu d a ãn Saét töø Nghòch t T h ua Pha Ñoäcaûm töø,c
  11. Thuaän töø Phaûn saét töø Saét töø Feri töø
  12. TTíínnhh chachaátát ttöøöø cucuûûaa cacaùùcc ngunguyeâyeânn totoáá Saét töø: Fe , Co, Ni Thuaän töø Nghòch töø Nguyeân töûsoá
  13. Tính chaáát töø cucuûûaa caùùc nguyeâân toáá
  14. Tính chaáát töø cucuûûaa caùùc nguyeâân toáá suscepÑoäcatûmibili ttöøies Chaát saét töø
  15. c = m -1 Vaät lieäu r (x 10-5) Thuaän töø Nghòch töø Oxid saét (FeO) 720 Ammonia -.26 Iron amonium alum 66 Bismuth -16,6 Uranium 40 Thuûy ngaân -2,9 Platinum 26 Baïc -2,6 Tungsten 6,8 C (kim cöông) -2,1 Cesium 5,1 C (graphit) -1,6 Aluminum 2,2 Chì -1,8 Lithium 1,4 ClNa -1,4 Magnesium 1,2 Ñoàng -1,0 Sodium 0,72 Nöôùc -0,91 KhíOxy 0,19
  16. SSöïöï phuphuïï tthhuouoääcc nnhhieieäätt ññooää cucuûûaa ññooää cacaûûmm ttöøöø 1.) Nghòch töø: khoâng phuïthuoäc nhieät ñoä 2.) Thuaän töø : Ñònh luaät Curie hoaëc Curie-Weiss 3.) Thuaän töøPauli : khoâng phuïthuoäc nhieät ñoä
  17. C c = T -q
  18. IIIIII HieHieäänn ttööôôïïngng ngnghhòcòchh ttöøöø 1)1) MoMoäätt sosoáá ttíínhnh chachaáátt cucuûûaa chachaáátt nngghhòòchch ttöøöø Jm = c H c aâm vaø nhoû, khoâng phuïthuoäc nhieät ñoävaø H Jm ) 3 Thuaän töø e m u /cm ( m J Nghòch töø H (Oe) Caùc nguyeân töûtrong chaát nghòch töøkhoâng coùmoâ-men löôõng cöïc töøvónh cöûu .
  19. § Tính nghòch töølaøñaëc tröng cho caùc nguyeân toávaøhôïp chaát trong ñoùtaát caûcaùc electron cuûa chuùng ñeàu coùñoâi. § Neáu chæcoù1 electron treân quyõ ñaïo, chuyeån ñoäng cuûa noùgaây ra doøng ñieän kín vaødo ñoùtaïo ra moät töøtröôøng. Khi 2 electrons coù ñoâi vôùi spin ngöôïc nhau : töøtröôøng sinh ra bôûi 1 electron bò trieät bôûi töøtröôøng do electron kia. Do ñoùkhi taát caûcaùc electron cuûa nguyeân töûñeàu coùñoâi seõ khoâng coùtöøtröôøng toång coäng. Khi ñaët vaät lieäu ñoùvaøo trong töøtröôøng , noùbò ñaåy. § Taát caûcaùc chaát ñeàu theåhieän tính nghòch töøôûmoät möùc ñoänaøo ñoù. Tuy nhieân hieän töôïng naøy trong nhieàu vaät lieäu thöôøng bò che laáp bôûi caùc tính chaát töøkhaùc.
  20. 22)) NNgghhòòchch ttöøöø cucuûûaa gogoáácc nnguguyeâyeânn ttöûöû Hieän töôïng nghòch töøxuaát hieän do söïthay ñoåi cuûa chuyeån ñoäng quyõ ñaïo cuûa caùc electron döôùi taùc duïng cuûa töøtröôøng ngoaøi. Moïi chaát ñeàu coùhieän töôïng nghòch töønhöng thöôøng bò che laáp bôûi caùc hieän töôïng thuaän töøhay saét töømaïnh hôn. Vì vaäy, hieän töôïng nghòch töøthöôøng ñöôïc phaùt hieän trong caùc chaát coùmoâ-men töøcuûa nguyeân töûbaèng 0. 1. Söïtieán ñoäng cuûa quyõ ñaïo electron trong töøtröôøng ngoaøi · khi khoâng coùtöøtröôøng ngoaøi, electron chuyeån ñoäng treân quyõ ñaïo döôùi taùc duïng cuûa löïc höôùng taâm v2 F = m o = mw2r ht r o · Trong töøtröôøng ngoaøi, khi chuyeån ñoäng treân quyõ ñaïo, ngoaøi löïc höôùng taâm , electron coøn chòu taùc duïng cuûa löïc Lorentz r r r FL = e[v ´ B]
  21. Xeùt chuyeån ñoäng cuûa electron treân quyõ ñaïo trong hai tröôøng hôïp sau : a) Bo vuoâng goùc vôùi maët phaúng quyõ ñaïo. Löïc Lorentz FL = ev0B0 taùc duïng leân electron höôùng theo baùn kính cuûa quyõ ñaïo. r r r Xaùc ñònh chieàu cuûa löïc FB = e[v ´ B] * baèng quy taéc baøn tay traùi FL * baèng quy taéc vaën nuùt chai ( xieát oác )
  22. Löïc höôùng taâm baèng toång F = Fht + FL 2 2 hay mw r = mw0 r + ew0 r B0. Suy ra 2 2 mr(w - w0 ) = mr (w-w0) (w + w0) + ew0rB0 » 2mrw0wL = ew0 rB0 e w = (w -w ) = B L o 2m o ñöôïc goïi laø taàn soáLarmor. Ø Töøtröôøng laøm thay ñoåi taàn soáquay cuûa electron treân quyõ ñaïo. Ø Taàn soáLarmor nhönhau cho moïi electron khoâng phuïthuoäc vaøo baùn kính cuûa quyõ ñaïo vaøvaän toác chuyeån ñoäng cuûa chuùng.
  23. Bo khoâng vuoâng goùc vôùi maët phaúng quyõ ñaïo. Töøtröôøng laøm cho quyõ ñaïo chuyeån ñoäng tieán ñoäng quanh töøtröôøng Phaùp tuyeán cuûa maët phaúng quyõ ñaïo vaïch moät maët noùn quanh töøtröôøng. Tính toaùn cho thaáy, taàn soágoùc cuûa chuyeån ñoäng tieán ñoäng ñoùcuõng baèng taàn soáLarmor. à Söïtieán ñoäng cuûa quyõ ñaïo electron laøm xuaát hieän moät thaønh phaàn chuyeån ñoäng cuûa electron vuoâng goùc vôùi töøtröôøng vôùi taàn soá wL.
  24. r r r r dL r t = r ´ mg = r r dt t = m ´ H Söïtieán ñoäng cuûa con quay Söïtieán ñoäng cuûa moâ-men töø trong troïng tröôøng quanh töøtröôøng ngoaøi H, § Neáu laønguyeân töûrieâng bieät thìkhi taêng H chælaøm taêng toác ñoä tieán ñoäng nhöng khoâng laøm thay ñoåi goùc q. § Vôùi heägoàm nhieàu nguyeân töûdao ñoäng nhieät ,coùsöïtrao ñoåi nhieät giöõa caùc nguyeân töû.Khi coùtöøtröôøng ngoaøi H,dao ñoäng nhieät aûnh höôûng ñeán chuyeån ñoäng tieán ñoäng laøm cho giaùtrò cuûa q cuûa caùc nguyeân töûhôi bò giaûm ñeán 1 giaùtrò töông öùng vôùi töø tröôøng vaønhieät ñoächo tröôùc.
  25. 2. Tính ñoätöøhoùa vaøñoäcaûm töø c Döôùi taùc duïng cuûa töøtröôøng ngoaøi, vaät lieäu bò töøhoùa. Theo ñònh nghóa r r M J = m V trong ñoù M = P1mB + P2mB + + PNmB = P + P + + P = N 1mB 2mB NmB = NP = ZNp N mB m N laøsoánguyeân töûcoùtrong theåtích V, Z laøsoáelectron cuûa moät nguyeân töû.
  26. Tröôùc heát, tính moâ-men töøtrung bình p m cuûa moät electron trong tröôøng hôïp ñang xeùt. Döôùi taùc duïng cuûa töøtröôøng, chuyeån ñoäng tieán ñoängïnoùi treân daãn ñeán doøng ñieän kín w e2 i = -en = -e L = - B L 2p 4pm o Doøng naøy sinh ra moâ-men töø e2S p = iS = - B m 4pm o trong ñoùS laødieän tích cuûa voøng tieán ñoäng cuûa electron quanh töøtröôøng S = p r2 = p ( x2 + y2 )
  27. Moâ-men töøtrung bình cuûa electron e2p (x 2 + y 2 ) p = - B m 4pm o Neáu söïphaân boácuûa electron trong nguyeân töû coùtính ñoái xöùng caàu thì a2 x 2 = y 2 = z 2 = 3 trong ñoùa laøgiaùtrò trung bình cuûa khoaûng caùch töøelectron ñeán taâm nguyeân töû e2 2 e2a2 p = - a2B = - B m 4m 3 o 6m o
  28. Ñoätöøhoùa cuûa maãu nZe2a2 J = nZp = - B m m 6m o J nZe2a2 c = m = - m H 6m o Vôùi a » 10-10 m , n » 5.1028 m-3 , ta tính ñöôïc c»-10-6 Z Keát quaûtính toaùn phuøhôïp vôùi thöïc nghieäm veàñoälôùn vaø daáu. Ñoäcaûm töøkhoâng phuïthuoäc nhieät ñoävaøtöøtröôøng H vaøtyûleävôùi soáelectron Z coùtrong moät nguyeân töû.
  29. •Chaát sieâu daãn laøchaát nghòch töølyùtöôûng : c = -1 •Hieäu öùng Meissner
  30. IVIV HieHieäänn ttööôôïïngng tthhuauaäänn ttöøöø 1) Moät soátính chaát cuûa chaát thuaän töø * c döông vaønhoû * töøtröôøng ngoaøi yeáu vaønhieät ñoäcao : Bi phuïthuoäc tuyeán tính vaøo Bo Jm ) 3 Thuaän töø e m u /cm ( m J Nghòch töø H (Oe)
  31. Vaät lieäu thuaän töø C * c phuïthuoäc nhieät ñoä: Ñònh luaät Curie c = T
  32. Vaät lieäu thuaän töø * töøtröôøng ngoaøi maïnh vaønhieät ñoäthaáp : ñöôøng phuïthuoäc cuûa Bi vaøo Bo tieäm caän ñeán giaùtrò baõo hoøa Bs. Ñöôøng cong töøhoùa cuûa chaát thuaän töø
  33. Khaùc vôùi caùc chaát nghòch töø, caùc chaát thuaän töøthöôøng laøcaùc chaát hoaëc hôïp chaát coùcaùc electron chöa coùñoâi. Nhieàu hôïp chaát chöùa saét, palladium, platinum, vaøcaùc nguyeân toá ñaát hieám coùcaùc electron khoâng coùñoâi taïo ra moät töøtröôøng nhoû naøo ñoù. Trong caùc tröôøng hôïp naøy, nguyeân töûnhömoät nam chaâm vónh cöûu nhoû. Neáu moät chaát chöùa caùc nguyeân töûnhövaäy ñöôïc ñaët vaøo trong töøtröôøng ngoaøi , tröôøng cuûa caùc nguyeân töûñöôïc ñònh höôùng theo töøtröôøng ngoaøi .
  34. 2) Thuaän töøcuûa caùc goác nguyeân töû 1. Lyùthuyeát thuaän töøcoåñieån cuûa Langevin •Cô sôûlyùthuyeát. § Caùc nguyeân töûcuûa chaát thuaän töøcoùmoâ-men töøPmkhoâng ñoåi ( ñöôïc xem laøcaùc löôõng cöïc töøkhoâng ñoåi). •Töông taùc giöõa caùc löôõng töøñoùraát yeáu, coùtheåboûqua. § Löôõng cöïc töøtrong töøtröôøng Bo coùtheánaêng Wm = - PmBo . = -Pm.B0. cosq trong ñoù q laøgoùc giöõa 2 vectô Pm vaø Bo . Wm cöïc tieåu khi q = 0 : löôõng cöïc töøñònh höôùng theo töøtröôøng. § Naêng löôïng cuûa heäseõ thaáp nhaát khi taát caûcaùc moâ- men töøñeàu ñònh höôùng theo töøtröôøng ngoaøi.
  35. § Töøtröôøng ngoaøi coùxu höôùng höôùng caùc löôõng cöïc töøtheo chieàu cuûa töøtröôøng. § Treân thöïc teá, do chuyeån ñoäng nhieät cuûa caùc nguyeân töû, bao giôø cuõng coùmoät soálöôõng cöïc bò leäch khoûi chieàu cuûa töøtröôøng. § Moâ-men töøtoång coäng cuûa chaát raén baèng toång caùc thaønh phaàn chieáu cuûa moâ-men töøcuûa caùc nguyeân töûleân chieàu cuûa töøtröôøng ngoaøi : M = Pm1B + Pm2B + + PmNB = NPmB trong ñoùthaønh phaàn chieáu leân töøtröôøng baèng PmB = Pm.cosq Baøi toaùn tính ñoätöøhoùa cuûa chaát raén daãn ñeán vieäc tính giaù trò trung bình cuûa moâ-men töøtoång coäng cuûa caùc nguyeân töû doïc theo phöông cuûa töøtröôøng ngoaøi PmB khi coùsöïcaân baèng giöõa taùc duïng ñònh höôùng cuûa töøtröôøng söïphaùvôõ söïñònh höôùng ñoùdo chuyeån ñoäng nhieät cuûa caùc nguyeân töû.
  36. Langevin ñaõ giaûi baøi toaùn naøy theo phöông phaùp thoáng keâ coåñieån. Theo ñoù, Pm coùtheåñònh höôùng moät caùch tuøy yùtrong töøtröôøng, nghóa laøgoùc q coùtheålaáy moïi giaùtrò. Xaùc suaát ñeåcho löôõng cöïc töøñònh höôùng ( so vôùi chieàu cuûa töø tröôøng ) döôùi caùc goùc naèm giöõa q vaø q + dq ( trong goùc khoái dW ) hay xaùc suaát ñeålöôõng cöïc coùnaêng löôïng Wm trong töøtröôøng ñöôïc xaùc ñònh baèng haøm phaân boáBoltzmann W P B cosq w = Aexp- m dW = Aexp m o dW kT kT trong ñoùA laømoät haèng soávaø dW = 2p.sinq.dq P B cosq w = C exp m o sinqdq kT
  37. * tính giaùtrò trung bình p P B cosq cosq exp m o sinqdq ò kT 0 PmB = Pm cosq = Pm p P B cosq exp m o sinqdq ò kT 0 P B Ñaët X = cosq vaø b = m o kT 1 Haøm Langevin L(b ) = coth b - b eb + e-b 1 b b 2 coth b = = + - + eb - e-b b 3 45
  38. 1 0.9 0.8 0.7 0.6 1 ) b 0.5 L(b ) = coth b - L( b 0.4 0.3 0.2 Ham Langevin 0.1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 b Ñöôøng bieåu dieãn cuûa haøm Langevin L(b)
  39. * Tính Jm = nPmB = nPmL(b ) J nP L(b ) c = m = m H H · Tröôøng hôïp töøtröôøng yeáu vaønhieät ñoäcao : b << 1 , b P B P m H L(b ) » = m o = m o 3 3kT 3kT
  40. nm P2 c = o m khoâng phuï thuoäc H 3kT -24 Vôùi caùc nguyeân töû, Pm »mB= 9,2.10 J/Tesla -24 -7 6 PmB0 = 9,2.10 .4p.10 .10 kT = 3.10-21 J ( ôûnhieät ñoäphoøng ) Suy ra P B 10-23 J b = m o = << 1 kT 3.10-21J nghóa laøgiaûthieát b << 1 noùi treân ñöôïc thoûa maõn treân thöïc teá. Vôùi caùc soálieäu treân , tính ñöôïc c»354.10-6 vaøo côõ ñoälôùn ño ñöôïc baèng thöïc nghieäm
  41. 2 nmoPm Töø c = 3kT C c phuïthuoäc nhieät ñoäT theo daïng c = T nm P2 trong ñoùhaèng soá C = o m 3k ·Tröôøng hôïp töøtröôøng maïnh vaønhieät ñoäthaáp : b®¥, L(b)®1 Jm = nPm = Js Moâ-men töøcuûa taát caûcaùc nguyeân töûñeàu ñònh höôùng theo töø tröôøng ngoaøi.
  42. 2. Lyùthuyeát löôïng töû Giaûthuyeát quan troïng cuûa lyùthuyeát löôïng töû: naêng löôïng cuûa moät heälaøgiaùn ñoaïn. L T Coåñieån L T Löôïng töû H J=1/2 H J=2 q q thay ñoåi lieân tuïc q coùgiaùtrò giaùn ñoaïn xaùc ñònh. Löôïng töûhoùa khoâng gian
  43. * Tính giaùtrò trung bình cuûa moâ-men töøtoång coäng cuûa nguyeân töû( theo 2J+1 caùch saép xeáp ) doïc theo phöông cuûa töø tröôøng ngoaøi PJB Xaùc suaát cuûa moãi caùch ñònh höôùng ñoùñöôïc xaùc ñònh bôûi haøm phaân boáBoltzmann P B w = C exp JB o kT J P B P exp JB 0 å JB kT mJ =-J PJB = = gJmBBJ (b ) J P B exp JB 0 å kT mJ =-J gJm B b = B o trong ñoù kT
  44. 2J +1 2J +1 1 1 Haøm Brillouin : B (b ) = ( )coth( )b - coth( )b J 2J 2J 2J 2J * Tính Jm = nPJB = ngJmBBJ (b ) Jm ngJm0mB c = = BJ (b ) H B0 Tröôøng hôïp töøtröôøng yeáu vaønhieät ñoäcao : b << 1, khai trieån haøm BJ(b) cho J +1 B (b ) » b J 3J
  45. ngJm m J +1 Jgm B c = 0 B B 0 B0 3J kT ng2m 2 J(J +1)m c = B 0 3kT C khoâng phuï thuoäc H vaøphuïthuoäc nhieät ñoäT theo daïng c = T ng2m 2 J(J +1)m vôùi C = B 0 3k ·Tröôøng hôïp töøtröôøng maïnh vaønhieät ñoäthaáp : b®¥, BJ (b) ® 1. Söïtöøhoùa ñaït traïng thaùi baõo hoøa Js = n g J mB
  46. VV HieHieäänn ttööôôïïngng sasaéétt ttöøöø 1) Moät soátính chaát cuûa chaát saét töø * c döông vaølôùn. § Khaùc bieät quan troïng nhaát giöõa saét töøvaøthuaän töøøhay nghòch töølaøcöôøng ñoätöông taùc giöõa caùc moâ-men töønguyeân töûlaân caän. Trong khi caùc moâ-men töøgaàn nhöñoäc laäp vôùi nhau trong caùc chaát thuaän töøthìtrong caùc chaát saét töø, chuùng töông taùc maïnh vôùi nhau. ÔÛnhieät ñoäthaáp, töông taùc trao ñoåi giöõa caùc moâ-men töø nguyeân töûlaân caän ( xuaát hieän do caùc spin khoâng coùñoâi ) trong caùc chaát saét töøñuûmaïnh ñeåthaéng caùc thaêng giaùng nhieät coùxu höôùng laøm cho caùc moâ-men töøñònh höôùng hoãn loaïn. Nhôøñoù ngay caûkhi khoâng coùtöøtröôøng ngoaøi, caùc moâ-men laân caän ñònh höôùng cuøng nhau.
  47. * c phuïthuoäc vaøo töøtröôøng ngoaøi : ñöôøng cong töøtreã Töømeàm lyùtöôûng Töøcöùng lyùtöôûng Töøcöùng thöïc teá Töømeàm thöïc teá Töømeàm Töøcöùng Hieäu öùng Barkchausen
  48. Vaät lieäu töøcöùng vaøtöømeàm meàm cöùng Töømeàm :bieán theá, nam chaâm ñieän , loõi caùc cuoän daây , Töøcöùng :caùc baêng töø, nam chaâm vónh cöûu, Vaät lieäu töømeàm kim loaïi : - a-Fe, Ni, Co vaømoät soáhôïp kim cuûa chuùng -Caùc hôïp chaát vaøhôïp kim Fe–SivaøFe –Ni ( víduï:Fe / 6%Si) Vaät lieäu goám töømeàm (Ferrites) :oxide spinelslaäp phöông hay perowskites, garnets(Y3Fe5O12) - spinel :caùc moâ-men töøcuûa caùc ion ôûcaùc vò trítöùdieän vaøbaùt dieän ñoái song song.
  49. Vaät lieäu töøcöùng vaøtöømeàm Vaät lieäu töøcöùng kim loaïi : a)Hôïp kim Fe/Cos, Permalloy ( hôïp kim Fe/Ni ) b)Alnico (Al/Ni/Co) c)SmCo5 caáu truùc luïc giaùc vôùi söïdò höôùng töømaïnh - coùñoätöøhoùa baõo hoøa cao, löïc khaùng töølôùn - duøng trong caùc loa , nam chaâm laøm leäch höôùng
  50. Söïtöøhoùa dò höôùng. Ña soátinh theåcoùtính dò höôùng. Moät minh chöùng cho söïdò höôùng ñoùlaøtheo caùc chieàu tinh theåkhaùc nhau vaät lieäu bò töøhoùa khaùc nhau. Nhövaäy, trong tinh theåcoùcaùc chieàu deã töøhoùa vaøchieàu khoùtöøhoùa. // truïc c ^ truïc c Chieàu deã töøhoùa cuûa caùc tinh theåFe, Ni vaøCo
  51. Caáu truùc ñoâ-men Bieân haït vaøvaùch Bloch trong a-Fe Caùc ñoâ-men treân maët cuûa moät maãu ñôn tinh theåNi. Söïñònh höôùng cuûa caùc moâ-men töøtrong moät ñoâ-men thöôøng theo moät chieàu deã töøhoùa cuûa tinh theåkhi khoâng coùtöøtröôøng ngoaøi.
  52. Vaùch ñoâ-men 10~200 nm
  53. Ñoâ-men Ñoâ-men Vaùch ñoâ- Vaùch men ñoâ-men Naêng löôïng töông ñoái cao
  54. Hieän töôïng töøgiaûo Hieän töôïng töøgiaûo ( phaùt hieän naêm 1842 ) laøsöïthay ñoåi hình daïng vaøkích thöôùc cuûa vaät lieäu saét töøkhi bò töøhoùa. Trong vaät lieäu saét töønhöFe, Ni, Co vaømoät soácaùc hôïp kim vaø ferrite, ñoätöøgiaûo coùgiaùtrò ñaùng keå( khoaûng 10-6-10-2). Söïtöøhoùa keøm theo söïquay caùc ñoâ-men gaây neân söïthay ñoåi kích thöôùc cuûa chaát saét töø. Hieän töôïng töøgiaûo coùnhieàu öùng duïng trong kyõ thuaät : Caùc boäbieán ñoåi töøgiaûo, ñöôøng treã , boäphaùt vaøthu soùng sieâu aâm, caùc boäloïc vaøoån ñònh taàn soá, Tieáng keâu cuûa bieán theáhay con chuoät cuûa ñeøn oáng
  55. Hieän töôïng töøgiaûo Heäsoátöøgiaûo L ñöôïc ñònh nghóa baèng phaàn ñoädaøi thay ñoåi khi söïtöøhoùa taêng töø0 ñeán giaùtrò baõo hoøa cuûa noù. Ñoätöøgiaûo baõo Ñoäbieán ñoåi cuûa Vaät Truïc tinh hoøa suaát Young lieäu theå L (x 10-5) DE/E Fe 100 +(1.1-2.0) Fe 111 -(1.3-2.0) Fe Ña tinh theå -.8 0.002-0.003 Ni 100 -(5.0-5.2) Ni 111 -2.7 Ni Ña tinh theå -(2.5-4.7) 0.07 Co Ña tinh theå -(5.0-6.0)
  56. * c phuïthuoäc nhieät ñoäT Khi T > TC (nhieät ñoäCurie) chaát saét töøchuyeån thaønh thuaän töø Khi T > TC : Ñònh luaät Curie -Weiss C C c = c = T -q T -q 1/c1/ c 1/c1/c T qp Ñònh luaät Curie q Ñònh luaät Curie -Weiss
  57. 2) Lyùthuyeát hieän töôïng luaän Naêm1907, Weiss phaùt trieån lyùthuyeát cuûa tröôøng hieäu duïng ( tröôøng phaân töû) * Tröôøng phaân töûWeiss HW = bJm Caùc moâ-men töø(spins) trong chaát saét töø ñöôïc ñònh höôùng trong tröôøng Weiss. Hw Khi ñaët vaøo trong töøtröôøng ngoaøi H : H Hhd = H + b Jm 1 J = (H - H) Suy ra m b hd
  58. * Tính Jm. + Aùp duïng keát quaûtính toaùn cuûa Langevin cho chaát thuaän töønhöng thay H baèng Hhd : PmmoHhd Jm Jm = nPmL( ) = nPmL(a) = L(a) kT nPm P m H a = m o hd kT 1 Töø J = (H - H) thay H tính theo a m b hd hd J 1 kT H m = (H - H) = a - hd 2 nPm bnPm nbmoPm nbPm
  59. J kT H m = a - = L(a) 2 nPm nbmoPm nbPm Jm Bieåu dieãn söïphuïthuoäc cuûa theo a ñöôïc 2 ñöôøng : nPm ñöôøng cong L(a) vaømoät ñöôøng thaúng . Giao ñieåm cuûa hai ñöôøng naøy cho pheùp xaùc ñònh Jm öùng vôùi moät giaùtrò naøo ñoùcuûa töøtröôøng ngoaøi H. Giaûm H töøgiaùtrò ñoùveà0. Do heäsoágoùc cuûa ñöôøng thaúng khoâng phuïthuoäc H neân khi ñoùñöôøng thaúng dòch chuyeån song song vôùi chính noù. Heäsoágoùc cuûa ñöôøng tieáp tuyeán vôùi ñöôøng L(a) ôûgoác toïa ñoäbaèng 1/3.
  60. J /nP m m L(a) g a a -H/bnP m 2 4 6 8 10 12 J /nP m m L(a) g a a -H/bnP m 2 4 6 8 10 12
  61. kT 1 + Tröôøng hôïp heäsoágoùc cuûa ñöôøng thaúng + Tröôøng hôïp heäsoágoùc cuûa ñöôøng thaúng 2 nbmoPm 3 ( nhieät ñoäcao ), khi H = 0 hai ñöôøng caét nhau taïi ñieåm coù Jm = 0 : vaät lieäu khoâng bò töøhoùa ( khoâng coùñoätöøhoùa töïphaùt ). Khi T TC : thuaän töø 3k
  62. nbm P2 T = o m C 3k Saét (Fe) : Tc=1063 K Cobalt(Co) : Tc=1404 K Nickel (Ni) : Tc= 631K Vôùi saét(Fe) : Tc=1063 K (thöïc nghieäm),Pm=2,2mB (thöïc nghieäm), vaøn = 8,54x 1028 m-3 tính ñöôïc b = 3,9x 108 9 7 vaø Hw=0,85x 10 A/m (10 Oe)
  63. * Tính c trong traïng thaùi thuaän töø( T > TC , a < 1 ) a nm P2H nm P2H nm P2bJ J = nP L(a) » nP = o m hd = o m + o m m m m m 3 3kT 3kT 3kT nm P2b nm P2H J (1- o m ) = o m m 3kT 3kT nm P2 o m H 3k Jm = = cH nm bP2 T - o m 3k
  64. 2 nmoPm C c = 3k = nm bP2 T -q T - o m 3k nm P2 Suy ra C = o m 3k nm bP2 q = o m 3k Lyùthuyeát Weisslaølyùthuyeát hieän töôïng luaän cuûa töøhoïc. Nhöng noùkhoâng giaûi thích ñöôïc söïxuaát hieän cuûa tröôøng Weiss lôùn .
  65. 3) Quaùtrình töøhoùa chaát saét töø Khöûtöø Baõo hoøa Töødö Khöûtöø Baõo hoøa Khaùng töø Töødö
  66. Dòch chuyeån cuûa ñoâ-men trong töøtröôøng ngoaøi.
  67. ÑÑooää lôlôùùnn cucuûûaa ttöøöø trtrööôôøngøng Töøtröôøng Traùi ñaát 0,15 –0,3 Oe Töøtröôøng nam chaâm vónh cöûu Töøtröôøng nam chaâm ñieän Töøtröôøng nam chaâm sieäu daãn