ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM THÁI NGUYÊN - - BÀI TIỂU LUẬN Đề tài:HIỆN TƯỢNG TỪ DỊ HƯỚNG, TỪ GIẢO - ỨNG DỤNG Khoa vật lý : Môn : ĐH Sư Phạm Thái Nguyên Vật liệu từ siêu dẫn GVHD: TS –Phạm Mai An Học viên: Ngô Văn Cường L23B.167 Thái Nguyên , 10/03/2016 PHẦN I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI - Ngày vật liệu từ tượng từ có ứng dụng rộng dãi thực tiễn - Hiện tượng từ dị hướng, từ giảo có ứng dụng từ trở dị hướng, từ trở khổng lồ…., ghi từ… - Còn lý chọn nghiên cứu để hoàn thành tiểu luận điều kiện môn Vật liệu từ siêu dẫn PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I Hiện tượng từ dị hướng Trong vật liệu từ kết tinh,các tính chất từ phụ thuộc vào phương tinh thể hóa, mà dipol từ xếp Một phép đo dị hướng từ tinh thể theo phương dễ từ hóa trường dị hướng, Ha ( minh họa hình), trường đòi hỏi để quay tất mômen 90o, đơn vị đơn tinh thể bão hòa Sự dị hướng gây liên kết quỹ đạo electron mạng, theo phương dễ từ hóa liên kết làm cho quỹ đạo trạng thái lượng thấp Hướng dễ từ hóa nam châm vĩnh cửu, ferít hay hợp kim đất hiếm, đơn trục , song có vật liệu với nhiều trục dễ trục dễ nằm nơi mặt phẳng bề mặt hình nón Sự thực là,một nam châm vĩnh cửu có tính dị hướng đơn trục nghĩa khó để khử từ, cản trở quay phương từ hóa * Các Đô men từ Đômen từ tồn nhằm giảm lượng hệ Một mẫu từ hóa đồng nhất, hình 5(a), có lượng tĩnh từ lớn liên quan đến Đó hệ có mặt cáccự từ tự bề mặt mẫu, phát sinh trường khử từ , Hd Từ quy ước chấp nhận cho dịnh nghĩa mômen từ cho dipol từ độ từ hóa bên mẫu từ cực nam cực bắc, phương từ trường từ cực bắc đến cực nam Vì vậy, trường khử từ theo phương ngược với từ hóa mẫu Độ lớn Hd phụ thuộc vào hình học độ từ hóa mẫu Nói chung, mẫu có tỷ lệ cao độ dài đường kính ( từ hóa theo truc dài) trường khử từ lượng tĩnh từ thấp Minh họa chia vật liệu thành (a) đơn đômen, (b) hai dômen, (c) Bốn đômen (e) Các đômen khép kín Việc phân chia mẫu từ hóa thành hai đômen minh họa hình 5(b) làm giảm lượng tĩnh từ xuống nửa Trong thực tế , nam châm phân chia thành N đômen lượng tĩnh từ giảm N lần, vậy, hình 5(c) có ¼ lượng tĩnh từ hình 5(a) Hình 5(d) cấu trúc đômen kín, lượng tĩnh từ không, song điều vật liệu mà dị hướng từ đơn trục mạnh, đômen lân cận bị từ hóa theo phương 180o Việc đưa vào đômen làm tăng lượng tổng cộng hệ, việc chia thành đômen tiếp tục việc giảm lượng tĩnh từ lớn so với lượng đòi hỏi để tạo vách đômen Năng lượng liên quan đến vách đômen tỷ lệ với diện tích Việc biểu diễn sơ đồ vách đômen hình 6, mômen dipol nguyên tử bên vách không nằm 180o lương trao đổi tăng lên bên vách Vì vậy, lượng vách đômen tính chất nội vật liệu phụ thuộc vào mức độ dị hướng từ tinh thể cường độ tương tác trao đổi nguyên tử lân cận Độ dày vách thay đổi tương quan đến thông số này, dị hướng từ tinh thể mạnh phù hợp vách hẹp, mà tương tác trao đổi mạnh thích hợp với vách rộng * Dị hướng từ tinh thể dạng lượng vật có từ tính có nguồn gốc liên quan đến tính đối xứng tinh thể định hướng mômen từ Trong tinh thể, mômen từ có xu hướng định hướng theo phương ưu tiên tinh thể tạo nên khả từ hóa khác theo phương khác tinh thể, tính dị hướng từ Mỗi tinh thể có hướng mà độ từ hóa có xu hướng định hướng theo phương đó, theo hướng đó, trình từ hóa diễn dễ gọi trục dễ từ hóa Và từ hóa theo hướng khác (lệch 90o so với trục dễ) trình từ hóa khó hơn, khó đạt trạng thái bão hòa từ, trục gọi trục khó từ hóa Năng lượng dị hướng từ tinh thể định nghĩa lượng cần thiết để quay mômen từ từ trục khó sang hướng trục dễ Bên cạnh nguồn gốc tính đối xứng tinh thể, dị hướng từ tinh thể tạo ứng suất hay hình dạng vật từ hay trật tự cặp spin với định hướng khác Bản chất mô tả dị hướng từ tinh thể • Cách hiểu đơn giản dị hướng từ tinh thể lượng liên quan đến tính đối xứng tinh thể Nhưng thực chất, lượng dị hướng từ tinh thể dạng lượng có liên kết mômen từ spin mômen từ quỹ đạo (liên kết spin - quỹ đạo) liên kết điện tử với xếp nguyên tử mạng tinh thể (tương tác với trường tinh thể) • • Dị hướng từ tinh thể mô tả định hướng độ từ hóa Một cách tổng quát, lượng dị hướng từ tinh thể biểu diễn chuỗi hàm liên quan tới góc véctơ từ độ trục dễ từ hóa Nếu tinh thể có trục dễ từ hóa (gọi dị hướng đơn trục - uniaxial anisotropy) lượng dị hướng từ tinh thể cho bởi: với góc từ độ trục dễ từ hóa, mang đặc trưng cho chất • số dị hướng từ tinh thể Với tinh thể có đối xứng lập phương lượng dị hướng từ lại phụ thuộc vào côsin phương véctơ từ độ trục tinh thể theo công thức: với số dị hướng từ tinh thể bậc 1, , phương véctơ từ độ trục tinh thể côsin Dị hướng từ bề mặt Trong vật liệu sắt từ dạng màng mỏng, màng mỏng, tỉ số diện tích bề mặt thể tích trở nên lớn, hiệu ứng bề mặt bắt đầu xuất hiện, dị hướng từ tinh thể trở nên yếu phải thay dị hướng từ bề mặt Từ kế mẫu rung Như nói, từ kế mẫu rung hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ Nó đo mômen từ mẫu cần đo từ trườngngoài Mẫu đo gắn vào rung từ tính, đặt vào vùng từ trường tạo cực nam châm điện Mẫu vật liệu từ nên từ trường từ hóa tạo từ trường Khi ta rung mẫu với tần số định, từ thông mẫu tạo xuyên qua cuộn dây thu tín hiệu biến thiên sinh suất điện động cảm ứng V, có giá trị tỉ lệ thuận với mômen từ M mẫu theo quy luật cho bởi: với M mômen từ mẫu đo, cuộn dây thu tín hiệu tiết diện vòng dây, n số vòng dây Trong từ kế phổ thông, người ta sử dụng cuộn dây thu tín hiệu đối xứng nhau, gọi cặp cuộn dây pick-up (pick-up coil), hệ cuộn dây đối xứng nhau, ngược chiều lõi vật liệu từ mềm Ngoài ra, để tăng độ nhạy cho từ kế, người ta thay cuộn dây thu tín hiệu thiết bị giao thoa kế lượng tử siêu dẫn (superconducting quantum interference device - SQUID), tiếp xúc chui hầm Josephson đo lượng tử từ thông, độ nhạy thiết bị tăng lên nhiều Với cuộn dây thu này, ta có từ kế SQUID, thường hoạt động nhiệt độ thấp (vì có vật liệu siêu dẫn đạt trạng thái siêu dẫn nhiệt độ thấp Nam châm điện từ kế phận quan trọng để tạo từ trường từ hóa vật liệu cần đo Nếu nam châm điện cuộn dây tạo từ trường dòng điện chiều ổn định, từ trường tạo chiều ổn định, thường không lớn, bị hạn chế từ độ bão hòa lõi thép cuộn dây chiều cho dòng điện lớn chạy qua (sẽ tỏa nhiều nhiệt) Loại nam châm kiểu sử dụng từ trường cực đại cỡ xung quanh T Người ta tạo từ trường lớn cách sử dụng từ trường xung Tức dùng dòng điện cực lớn dạng xung phóng qua cuộn dây, để tạo từ trường lớn (có thể tới hàng chục Tesla) thời gian cực ngắn Tuy vậy, hạn chế cách thời gian từ trường ngắn, nên phải có cách ghi tín hiệu khác (vì từ trường ngắn ảnh hưởng đến khả cảm ứng vật liệu từ trường ngoài) Cuộn dây siêu dẫn cách tạo từ trường chiều lớn ổn định Người ta sử dụng cuộn dây siêu dẫn (hoạt động nhiệt độ thấp) để tạo từ trường cực lớn ổn định Hạn chế cách cuộn dây phải hoạt động nhiệt độ thấp phí hoạt động thường cao Cuộn dây siêu dẫn thường sử dụng từ kế SQUID • • Từ điện trở dị hướng (AMR) (Tiếng Anh: Anisotropic Magnetoresistance Effect - AMR) Hiệu ứng William Thomson phát vào năm 1857 quan sát thấy điện trở vật liệu sắtvà niken phụ thuộc vào góc dòng điện chiều véctơ từ độ Hiệu ứng phát nhiều chất bán dẫn nhiều màng mỏng từ Hiệu ứng AMR chất bán dẫn chủ yếu lệch quỹ đạo dòng hạt tải (điện tử hay lỗ trống) tác dụng từ trường, thường ứng dụng số cảm biến đo từ trường đo từ trường Trái đất, hay cảm biến đo dòng điện • Cơ chế tượng dị hướng từ điện trở: Điện trở phụ thuộc vào định hướng tương đối M dòng điện I * Nguồn gốc là: + tán xạ không đối xứng electron theo spin chúng từ truờng + liên kết spin-quỹ đạo Hiệu ứng AMR mô tả thay đổi tán xạ quỹ đạo nguyên tử, gây từ trường Bằng cách này, điện trở cực đại hai hướng song song mức cực tiểu hai hướng vuông góc Biểu thức toán học: Hàm đạt giá trị cực đại góc 450, * Ứng dụng Cảm biến Bộ cảm biến thiết bị điện tử cảm nhận trạng thái hay trình vật lý hay hóa học môi trường cần khảo sát, biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin trạng thái hay trình đó.[1] Thông tin xử lý để rút tham số định tính định lượng môi trường, phục vụ nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh gọi ngắn gọn đo đạc, phục vụ truyền xử lý thông tin, hay điều khiển trình khác Cảm biến thường đặt vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu hay đầu dò (probe), có kèm mạch điện hỗ trợ, nhiều trọn lại gọi "cảm biến" Tuy nhiên nhiều văn liệu thuật ngữ cảm biến dùng cho vật có kích thước lớn Thuật ngữ không dùng cho số loại chi tiết, núm công tắcbật đèn mở tủ lạnh, mặt hàn lâm núm làm việc cảm biến Có nhiều loại cảm biến khác chia hai nhóm chính: • Cảm biến vật lý: sóng điện từ, ánh sáng, tử ngoại, hồng ngoại, tia X, tia gamma, hạt xạ, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, rung động, khoảng cách, chuyển động, gia tốc, từ trường, trọng trường, 10 Từ điện trở dị hướng xung kích (Tiếng Anh: Ballistic Anisotropy Magnetoresistance - BAMR) Là hiệu ứng từ điện trở xảy điện tử chuyển động dây mỏng giống viên đạn nòng súng - chúng bị cưỡng ép chuyển động chiều định bị van chạm hay nói cách khác cản trở dọc theo đường truyền Nếu dây có chiều dày vài lớp nguyên tử, khả • dẫn điện tử - độ dẫn điện - bị lượng tử hóa, số nguyên lần (N) độ dẫn điện tử lượng điện tử bị cầm tù dây dây dải hẹp N tương ứng với số dải lượng mức Fermi, mà xảy tính dẫn điện Năm 2005, Evgeny Tsymbal đồng nghiệp Đại học Nebraska giả thiết số N thay đổi cách đặt từ trường vào dây mảnh làm kim loại từ tính Trong vật liệu đó, điện tử dẫn tác dụng từ trường phải dịch chuyển mức lượng so với mức Fermi dẫn đến việc thay đổi N Do độ dẫn dây tỉ lệ với N, nên nhà nghiên cứu giả định quan sát thấy thay đổi kiểu nhảy bậc độ dẫn (hay nói cách khác điện trở) Họ gọi hiệu ứng "hiệu ứng từ điện trở dị hướng xung kích" (ballistic anisotropy magnetoresistance) - từ "dị hướng" hiệu ứng phụ thuộc vào góc tương đối từ trường chiều dòng điện dẫn Mới đây, Bernard Doudin Viện Vật lý Hóa học Vật liệu (Strasbourg) đồng nghiệp Đại học Nebraska quan sát thấy hiệu ứng BAMR loạt dây khác kích cỡ nguyên tử chế tạo Co Trong mẫu, nhà nghiên cứu đo thay đổi độ dẫn tương ứng với N = 6, mà chiều từ trường thay đổi Các nhà nghiên cứu cho hay phản ứng có liên quan đến chênh lệch thang nguyên tử cấu trúc dây nano giải thích lý thuyết Tsymbal BAMR 11 II Từ giảo Cơ chế tượng từ giảo tương tác spin-quỹ đạo phân bố đám mây điện tử: a) dạng đối xứng cầu: từ giảo; b) đối xứng cầu: có từ giảo Từ giảo (tiếng Anh: magnetostriction) tượng hình dạng, kích thước vật từ (thường sắt từ) bị thay đổi tác dụng từ trường (từ giảo thuận) ngược lại, tính chất từ vật từ bị thay đổi có thay đổi hình dạng kích thước (từ giảo nghịch) Trong sách giáo khoa vật lý cũ Việt Nam, người ta dùng thuật ngữ "áp từ" cho từ giảo (để tương ứng với tượng áp điện thay đổi kích thước điện trường) Tuy nhiên, thuật ngữ không sử dụng Người ta định nghĩa hệ số từ giảo (hay từ giảo Joule) tỉ lệ phần trăm thay đổi chiều dài thể tích: hoặc: 12 với chiều dài (hay thể tích) vật thể từ trường (H) từ trường Hệ số từ giảo đại lượng thứ nguyên Theo định nghĩa này, ta có từ giảo dương, ta có từ giảo âm Hiện tượng từ giảo dẫn đến thay đổi chiều dài gọi từ giảo dài, tượng dẫn đến thay đổi toàn thể tích gọi từ giảo khối Trong nghiên cứu từ học kỹ thuật, người ta quan tâm đến đại lượng độ cảm từ giảo, định nghĩa biến thiên hệ số từ giảo theo từ trường: Độ cảm từ giảo mang ý nghĩa tương tự độ cảm từ, khả phản ứng chất từ trường ngoài, trường hợp từ giảo, độ cảm từ giảo có ý nghĩa khả thay đổi tính chất từ giảo từ trường Độ cảm từ giảo có thứ nguyên nghịch đảo từ trường, có đơn vị m/A hay Oe−1 Cơ chế tượng từ giảo Hình ảnh mô tả chế hiệu ứng từ giảo Bản chất tượng từ giảo tương tác spin-quỹ đạo điện tử vật liệu sắt từ Hiện tượng từ giảo xảy đám mây điện tử dạng đối xứng cầu có tương tác spin-quỹ đạo mạnh Dưới tác dụng từ trường ngoài, phân bố điện tử (ở mômen quỹ đạo) quay theo quay mômen từ (mômen spin) từ hướng sang hướng khác từ giảo tạo thay đổi tương ứng tương tác tĩnh điện điện tử từ điện tích môi trường Khi đám mây điện tử có dạng đối xứng cầu (có nghĩa mômen quỹ đạo 0), tất vị trí iônlân cận tương đương phân bố điện tử Khi có tác động từ trường ngoài, mômen spintuy có quay đi, phân bố không gian điện tử hoàn toàn không thay đổi nên khoảng cách điện 13 tử giữ nguyên (không dẫn đến thay đổi kích thước hình dạng mẫu Nếu đám mây điện tử dạng đối xứng cầu (có nghĩa mômen quỹ đạokhác 0), lúc vị trí phân bố xung quanh không tính chất đối xứng, quay mômen spin có từ trường dẫn đến thay đổi đám mây điện tử, dẫn đến thay đổi kích thước hình dạng mẫu Hay nói cách đơn giản, từ giảo phản ánh tính chất đối xứng mạng tinh thể Từ giảo mang tính chất đối xứng tinh thể nên phụ thuộc vào phương từ trường, véctơ từ độ hướng tinh thể Người ta thường sử dụng đại lượng từ giảo bão hòa (ký hiệu là hệ số từ giảo đạt trạng thái bão hòa từ Từ giảo bão hòa hàm (liên hợp tuyến tính) hệ số từ giảo đo theo phương khác tinh thể Vật liệu từ giảo Hầu hết nguyên tố sắt từ có từ giảo Trong nguyên tố sắt từ, côban (Co) nguyên tố có hệ số từ giảo lớn nhiệt độ phòng(do côban có cấu trúc bất đối xứng cao - lục giác xếp chặt), đạt tới 60.10−6 từ trường bão hòa Các vật liệu có hệ số từ giảo lớn gọi vật liệu từ giảo khổng lồ Có nhiều loại vật liệu từ giảo khác nhau, thời điểm tại, vật liệu từ giảo thương phẩm tốt Terfenol-D (có tên từ viết tắt ghép bởi: Ter - Terbium - Tb, Fe - sắt, Nol - Naval Ordnance Laboratory, D - Dysproxium - Dy) hợp kim TbxDy1-xFe2 có hệ số từ giảo đạt tới 2000.10−6 từ trường kOe[1], đạt 400.10−6 dạng màng mỏng [2] Đây vật liệu từ giảo dùng phổ biến Gần đây, nhóm nghiên cứu Việt Nam Phòng Thí nghiệm Vật lý Nhiệt độ thấp, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội lãnh đạo Giáo sư Nguyễn Hữu Đứccông bố vật liệu từ giảo khổng lồ dạng màng mỏng (hệ số từ giảo đạt tới 720.10−6), màng mỏng hợp kim TbFeCo) mang tên TerfecoHan (Ter - Terbium - Tb, Fe -sắt, Co - Côban, Han - Hà Nội, đồng thời cải tiến tạo màng mỏng đa lớp sở TerfecoHan để tạo màng mỏng từ giảo với hệ số từ giảo lớn độ cảm từ giảo cao từ trường thấp * Ứng dụng tượng từ giảo Vật liệu từ giảo ứng dụng linh kiện, thiết bị chuyển đổi điện - từ dạng vật liệu dạng khối vật liệu dạng màng mỏng, ví dụ cảm biến từ trường (dựa tổ hợp từ giảo-áp điện), cảm biến đo gia tốc, cảm 14 biến đo dịch chuyển học, máy phát siêu âm - từ giảo, linh kiện vi vi điện tử (MEMS) MEMS (viết tắt cụm từ microelectromechanical systems, nghĩa vi hệ thống điện tử) thuật ngữ thường dùng để hệ thống điện tử có thêm phận chuyển động có kích thước cỡ micromét Công nghệ chế tạo MEMS công nghệ sử dụng kỹ thuật giống kỹ thuật mạch tích hợp (ví dụ công nghệ quang khắc, chùm iôn hội tụ ) Tuy nhiên không giống linh kiện IC tạo từ lớp cấu trúc 2D, sản phẩm công nghệ MEMS linh kiện có cấu trúc không gian chiều thực - gọi thiết bị MEMS Tại Việt Nam có công ty SONION Việt Nam chế tạo micro dùng công nghệ Quang khắc Quang khắc hay photolithography kỹ thuật sử dụng công nghệ bán dẫn công nghệ vật liệu nhằm tạo chi tiết vật liệu linh kiện với hình dạng kích thước xác định cách sử dụng xạ ánh sáng làm biến đổi chất cảm quang phủ bề mặt để tạo hình ảnh cần tạo Phương pháp sử dụng phổ biến công nghiệp bán dẫn vi điện tử, không cho phép tạo chi tiết nhỏ hạn chế nhiễu xạ ánh sáng, nên gọi quang khắc micro (micro lithography) Một số sách giáo khoa Việt Nam dịch thuật ngữ photolithography quang thạch Kỹ thuật quang khắc 15 Các phương pháp tạo chi tiết quang khắc: kỹ thuật liff-off (trái), kỹ thuật ăn mòn (phải) Quang khắc tập hợp trình quang hóa nhằm thu phần tử bề mặt đế có hình dạng kích thước xác định Có nghĩa quang khắc sử dụng phản ứng quang hóa để tạo hình Bề mặt đế sau xử lý bề mặt phủ hợp chất hữu gọi chất cản quang (photoresist), có tính chất nhạy quang (tức tính chất bị thay đổi chiếu xạ thích hợp), đồng thời lại bền môi trường kiềm hay axit Cản quang có vai trò bảo vệ chi tiết vật liệu khỏi bị ăn mòn tác dụng ăn mòn tạo khe rãnh có hình dạng chi tiết cần chế tạo Cản quang thường phủ lên bề mặt kỹ thuật quay phủ (spin-coating) Cản quang phân làm loại Cản quang dương: Là cản quang có tính chất biến đổi sau ánh sáng chiếu vào bị hòa tan dung dịch tráng rửa • Cản quang âm: Là cản quang có tính chất biến đổi sau ánh sáng chiếu vào không bị hòa tan dung dịch tráng rửa Nguyên lý hệ quang khắc • 16 Nguyên lý hệ quang khắc Một hệ quang khắc bao gồm nguồn phát tia tử ngoại, chùm tia tử ngoại khuếch đại sau chiếu qua mặt nạ (photomask) Mặt nạ chắn sáng in chi tiết cần tạo (che sáng) để che không cho ánh sáng chiếu vào vùng cảm quang, tạo hình ảnh chi tiết cần tạo cảm quang biến đổi Sau chiếu qua mặt nạ, bóng chùm sáng có hình dạng chi tiết cần tạo, sau hội tụ bề mặt phiến phủ cảm quang nhờ hệ thấu kính hội tụ Ứng dụng quang khắc Quang khắc kỹ thuật phát triển từ đầu kỷ 20, sử dụng rộng rãi công nghiệp bán dẫn để chế tạo vi mạch điện tử phiến Si Ngoài ra, quang khắc sử dụng ngành khoa học công nghệ vật liệu để chế tạo chi tiết vật liệu nhỏ, chế tạo linh kiện vi điện tử (MEMS) Hạn chế quang khắc ánh sáng bị nhiễu xạ nên hội tụ chùm sáng xuống kích cỡ nhỏ, nên chế tạo chi tiết có kích thước nano (độ phân giải thiết bị quang khắc tốt 50 nm), chế tạo chi tiết nhỏ cấp nanomet, người ta phải thay công nghệ quang khắc chùm điện tử (electron beam lithography) 17 * Cảm biến từ giảo Dưới tác động từ trường, số vật liệu sắt từ thay đổi tính chất hình học tính chất học (hệ số Young) Hiện tượng gọi hiệu ứng từ giảo Khi có tác dụng lực học gây ứng lực vật liệu sắt từ làm thay đổi đường cong từ hoá chúng, dựa vào thay đổi độ từ thẩm từ dư xác địnhđược độ lớn lực tác dụng Đây hiệu ứng từ giảo nghịch - Cơ chế từ hoá: Như biết vật liệu sắt từ, nguyên tử đặc trưng mômen từ Để giảm thiểu lượng tổng cộng, momen từ nguyên tử miền từ hoá tự nhiên (domen) phải hướng theo hướng chung Hướng chung định hướng theo số hướng ưu tiên mạng tinh thể gọi hướng dễ từ hoá Hướng mômen từ domen cạnh không trùng Khi có từ trường H tác động, định hướng mô men từ domen theo hướng chung tăng dần Khi H nhỏ, vách domen từ dịch chuyểnvà kích thước domen từ có hướng từ hoá thuận lợi trùng với hướng từ trường bên tăng lên Khi từ trường tăng lên đến mức xảy tượng đảo hướng domen theo hướng từ trường Khi từ trường đủ mạnh làm quay hướng dễ từ hoá domen từ theo hướng từ trường dẫn đến bão hoà (hinhd 16.8a) - Hiện tượng từ trễ: Sau từ hoá lần đầu đến bảo hoà (H = H m), giữ nguyên phương từ trường thực chu trình khép kín (H m,0,-Hm,0) ta nhận đường cong từ hoá hình 16.8b gọi đường cong từ trể với độ từ dư B r kháng từ Hc 18 Hình 16.8 : Đường cong từ hoá a) Từ hoá lần đầu b) Chu trình từ trễ Khi vật liệu sắt từ có ứng lực, kích thước mạng tinh thể thay đổi, hướng dễ từ hoá thay đổi dẫn đến làm thay đổi định hướng domen Hiện tượng gọi hiệu ứng từ giảo nghịch Trên hình 16.9 biểu diễn ảnh hưởng ứng lực đến đường cong từ hoá permalloy 68 Hình 16.9: Sự biến dạng đường cong từ hoá tác dụng lực kéo • Cảm biến từ thẩm biến thiên Cấu tạo cảm biến gồm cuộn dây có lõi từ hợp với khung sắt từ tạo thành mạch từ kín (hình 16.10) Dưới tác dụng lực F, lõi từ bị biến dạng kéo theo thay đổi độ từ thẩm à, làm cho từ trở mạch từ thay đổi độ tự cảm cuộn dây thay đổi Sự thay đổi tương đối L, R tỉ lệ với ứng lực s, tức với lực cần đo F: 19 Hình 16.10: Cảm biến từ giảo có từ thẩm biến thiên * Cảm biến từ dư biến thiên Phần tử cảm biến từ dư biến thiên lõi từ làm Ni tinh khiết cao, có từ dư Br Dưới tác dụng lực cần đo, thí dụ lực nén (dσ < 0), Br tăng lên: Sự thay đổi từ thông làm xuất cuộn dây suất điện động tỉ lệ với dBr/dt Biểu thức điện áp hở mạch có dạng: Trong K hệ số tỉ lệ với số vòng dây tiết diện vòng dây 20 [...]... độ cảm từ giảo có ý nghĩa chỉ khả năng thay đổi tính chất từ giảo do từ trường Độ cảm từ giảo có thứ nguyên là nghịch đảo của từ trường, có đơn vị là m/A hay Oe−1 Cơ chế hiện tượng từ giảo Hình ảnh mô tả cơ chế hiệu ứng từ giảo Bản chất của hiện tượng từ giảo là do tương tác spin-quỹ đạo trong các điện tử trong vật liệu sắt từ Hiện tượng từ giảo chỉ có thể xảy ra khi đám mây điện tử không có dạng đối... là từ giảo dài, còn hiện tượng dẫn đến sự thay đổi về toàn thể tích gọi là từ giảo khối Trong các nghiên cứu về từ học và kỹ thuật, người ta còn quan tâm đến đại lượng độ cảm từ giảo, được định nghĩa bởi sự biến thiên của hệ số từ giảo theo từ trường: Độ cảm từ giảo mang ý nghĩa tương tự như độ cảm từ, đều chỉ khả năng phản ứng của chất dưới từ trường ngoài, trong trường hợp từ giảo, độ cảm từ giảo. .. tạo ra các màng mỏng từ giảo với hệ số từ giảo lớn và độ cảm từ giảo cao trong từ trường thấp * Ứng dụng của hiện tượng từ giảo Vật liệu từ giảo được ứng dụng trong các linh kiện, thiết bị chuyển đổi điện - từ cơ cả ở dạng các vật liệu dạng khối và vật liệu dạng màng mỏng, ví dụ như các cảm biến từ trường (dựa trên tổ hợp từ giảo- áp điện), các cảm biến đo gia tốc, cảm 14 biến cơ đo dịch chuyển cơ học,... trùng nhau Khi có từ trường ngoài H tác động, sự định hướng của mô men từ trong một domen theo một hướng chung tăng dần Khi H nhỏ, các vách domen từ dịch chuyểnvà kích thước của các domen từ có hướng từ hoá thuận lợi trùng với hướng của từ trường bên ngoài tăng lên Khi từ trường ngoài tăng lên đến mức nào đó xảy ra hiện tượng đảo hướng của các domen theo hướng từ trường ngoài Khi từ trường ngoài đủ... ngữ này hiện nay hầu như không được sử dụng Người ta định nghĩa hệ số từ giảo (hay từ giảo Joule) là tỉ lệ phần trăm sự thay đổi về chiều dài hoặc thể tích: hoặc: 12 với lần lượt là chiều dài (hay thể tích) của vật thể trong từ trường (H) và khi không có từ trường Hệ số từ giảo là đại lượng không có thứ nguyên Theo định nghĩa này, nếu ta có từ giảo dương, ta sẽ có từ giảo âm Hiện tượng từ giảo dẫn... làm quay hướng dễ từ hoá của các domen từ theo hướng từ trường ngoài dẫn đến bão hoà (hinhd 16.8a) - Hiện tượng từ trễ: Sau khi từ hoá lần đầu đến bảo hoà (H = H m), nếu vẫn giữ nguyên phương từ trường và thực hiện một chu trình khép kín (H m,0,-Hm,0) ta nhận được đường cong từ hoá như hình 16.8b gọi là đường cong từ trể với độ từ dư B r là kháng từ Hc 18 Hình 16.8 : Đường cong từ hoá a) Từ hoá lần... magnetostriction) là hiện tượng hình dạng, kích thước của các vật từ (thường là sắt từ) bị thay đổi dưới tác dụng của từ trường ngoài (từ giảo thuận) hoặc ngược lại, tính chất từ của vật từ bị thay đổi khi có sự thay đổi về hình dạng và kích thước (từ giảo nghịch) Trong các sách giáo khoa vật lý cũ ở Việt Nam, người ta còn dùng thuật ngữ "áp từ" cho từ giảo (để tương ứng với hiện tượng áp điện là sự... hòa từ Từ giảo bão hòa là một hàm (liên hợp tuyến tính) của các hệ số từ giảo đo theo các phương khác nhau của tinh thể Vật liệu từ giảo Hầu hết các nguyên tố sắt từ đều có từ giảo Trong các nguyên tố sắt từ, côban (Co) là nguyên tố có hệ số từ giảo lớn nhất ở nhiệt độ phòng(do côban có cấu trúc bất đối xứng khá cao - lục giác xếp chặt), đạt tới 60.10−6 trong từ trường bão hòa Các vật liệu có hệ số từ. .. biến từ giảo Dưới tác động của từ trường, một số vật liệu sắt từ thay đổi tính chất hình học hoặc tính chất cơ học (hệ số Young) Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng từ giảo Khi có tác dụng của lực cơ học gây ra ứng lực trong vật liệu sắt từ làm thay đổi đường cong từ hoá của chúng, khi đó dựa vào sự thay đổi của độ từ thẩm hoặc từ dư có thể xác địnhđược độ lớn của lực tác dụng Đây là hiệu ứng từ giảo. .. ứng từ giảo nghịch - Cơ chế từ hoá: Như chúng ta đã biết trong vật liệu sắt từ, mỗi nguyên tử được đặc trưng bởi một mômen từ Để giảm thiểu năng lượng tổng cộng, momen từ của các nguyên tử trong cùng một miền từ hoá tự nhiên (domen) phải hướng theo một hướng chung Hướng chung này định hướng theo một số hướng ưu tiên của mạng tinh thể gọi là hướng dễ từ hoá Hướng của các mômen từ trong các domen cạnh nhau