Đang tải... (xem toàn văn)
Các mẫu vật liệu khối Ni được mô phỏng bằng phương pháp động lực học phân tử với thế nhúng Sutton-Chen. Các mẫu khối được nung nóng đến 2000 K rồi làm nguội nhanh xuống tới 300 K với các tốc độ làm nguội 2x10^14 K/s, 4x10^13 K/s, 4x10^12 K/s và 4x10^11 K/s. Với tốc độ làm lạnh nhanh 2x10^14 K/s, mẫu có cấu trúc hoàn toàn là vô định hình.
Nghiên cứu khoa học cơng nghệ MƠ PHỎNG CẤU TRÚC VÀ TỪ TÍNH CỦA VẬT LIỆU Ni BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ Lê Văn Long1*, Lê Văn Vinh2, Hồ Quang Quý3 Tóm tắt: Các mẫu vật liệu khối Ni mô phương pháp động lực học phân tử với nhúng Sutton-Chen Các mẫu khối nung nóng đến 2000 K làm nguội nhanh xuống tới 300 K với tốc độ làm nguội 21014 K/s, 41013 K/s, 41012 K/s 41011 K/s Với tốc độ làm lạnh nhanh 21014 K/s, mẫu có cấu trúc hồn tồn vơ định hình Với tốc độ chậm hơn, mẫu khối Ni có cấu trúc trộn lẫn tinh thể fcc, hcp vơ định hình Phương pháp Monte-Carlo mơ hình Ising sử dụng để tính tốn từ tính cho mẫu khối Ni Nhiệt độ Curie mẫu khối Ni phù hợp tốt với thực nghiệm Tại nhiệt độ cao, từ hóa mẫu khối tuân theo định luật Curie-Weiss Từ khóa: Mơ phỏng, Ni, Tinh thể hóa, Vơ định hình, Từ tính ĐẶT VẤN ĐỀ Vật liệu vơ định hình (VĐH) Ni có tính chất sắt từ nghiên cứu thực nghiệm mô [1-20] Các mẫu VĐH Ni chế tạo thực nghiệm thường dạng màng mỏng sử dụng phương pháp nguội nhanh [2,4,5] Để xác định cấu trúc, thực nghiệm xác định hàm phân bố xuyên tâm (PBXT) vật liệu VĐH Ni mà nguyên tử Ni xếp trật tự dạng thủy tinh kim loại Hàm PBXT thủy tinh kim loại có hình dạng đỉnh thứ hai bị phân tách [4, 10] Thực nghiệm khám phá rằng, cấu trúc VĐH Ni bao gồm vùng địa phương có cấu trúc trật tự hai mươi mặt (icosahedral order) [15] Sử dụng kỹ thuật chùm tĩnh điện nâng mẫu (beamline electrostatic levitation technique), T H Kim K F Kelton nghiên cứu cấu trúc chất lỏng Ni nguội nhanh từ nhiệt độ 1733 K xuống nhiệt độ 1433 K thấy cấu trúc địa phương Ni có cấu trúc trật tự hai mươi mặt cân xứng [16] Gần đây, A Di Cicco cộng [17] sử dụng thí nghiệm quang phổ tia X hấp thụ kết hợp với mô máy tính để nghiên cứu cấu trúc chất lỏng Ni nguội nhanh nhiệt độ 1493 K Kết nghiên cứu cho thấy rằng, cấu trúc chất lỏng Ni nguội nhanh gồm khoảng 43 % cấu trúc trật tự hai mươi mặt bị bóp méo, 15 % cấu trúc trật tự hai mươi mặt hoàn hảo 15 % cấu trúc lập phương tâm mặt (face centered cubic – fcc) trộn với cấu trúc lục giác xếp chặt (hexagal closed packed –hcp) Bằng phương pháp mô động lực học phân tử (ĐLHPT), A Posada-Amarillas cộng [13] mô cấu trúc Ni lỏng VĐH Các tác giả thấy rằng, cấu trúc hàm PBXT mô phù hợp tốt với thực nghiệm, nhiên phân tích mơ hình mơ cho thấy cấu trúc VĐH Ni có chứa cấu trúc trật tự hai mươi mặt cấu trúc tinh thể Với mô ĐLHPT sử dụng nguyên lý ban đầu (ab initio) xây dựng mơ hình chứa 108 nguyên tử Ni, N Jakse A Pasturel [18] nghiên cứu cấu trúc Ni lỏng nguội nhanh xuống nhiệt độ 1430 K Nghiên cứu rằng, cấu trúc Ni nguội nhanh nhiệt độ 1430 K có cấu trúc địa phương đối xứng bậc (fivefold symmetry local structures), kết cấu trúc địa phương VĐH Ni [13] Ni làm nguội nhanh nghiên cứu [18] hồn tồn khác Trong đó, thực nghiệm Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 115 Vật lý nghiên cứu từ tính vật liệu Ni cho thấy cấu trúc ảnh hưởng lên tính chất từ vật liệu [3, 7-9] Tuy nhiên, thực nghiệm lại cho kết từ tính thay đổi dải rộng Trong cơng trình [3], nhiệt độ Curie (TC) mô-men từ nguyên tử vật liệu VĐH Ni xác định 600 K 0.3B tương ứng Trong đó, cơng trình [7, 8] cho kết nhiệt độ Curie biến đổi dải nhiệt độ từ 378 K đến 504 K mô-men từ nguyên tử thay đổi khoảng 0.18 - 0.36B Như vậy, cần phải làm sáng tỏ kết từ tính vật liệu VĐH Ni lại thay đổi giải giá trị tương đối rộng Trong đó, vật liệu Ni tinh thể thực nghiệm ln cho kết giống mô-men từ nguyên tử M=0.6B TC = 630 K [21, 22] Gần đây, phương pháp sol-gen hóa học nhà nghiên cứu chế tạo vật liệu nano Niken có cấu trúc fcc hcp [23] Cấu trúc hcp Niken cấu trúc khơng bền vững có từ hóa nhỏ cấu trúc fcc 47,6 emu/g Nghiên cứu cho rằng, từ hóa cấu trúc hcp nhỏ cấu trúc fcc cấu trúc gồm hai phân bố siêu thuận từ sắt từ Trong cấu trúc fcc có phân bố sắt từ Các cụm tinh thể hcp Ni chế tạo khử Ni clorua 300 0C [24] cho thấy độ kháng từ tinh thể hcp có độ lớn 94.3 Oe Mặt khác, V Kapaklis cộng [25] chế tạo màng mỏng tinh thể hcp fcc Ni có kích thước nano phương pháp phún xạ cho thấy pha tinh thể hcp Ni khơng có phản ứng từ tính, pha tinh thể fcc Ni thể từ tính giống vật liệu khối fcc Ni Mặc dù hạt nano màng mỏng có hiệu ứng kích thước hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng tương tác cấu trúc pha với lên tính chất từ khơng thể bỏ qua Như vậy, tương quan cấu trúc từ tính vật liệu Ni nhiều điều chưa sáng tỏ Để vấn đề trở nên rõ ràng hơn, sử dụng phương pháp mô từ tính vật liệu Ni sở mơ hình vật liệu Ni xây dựng phương pháp (ĐLHPT) với kỹ thuật nguội nhanh Bằng việc sử dụng kỹ thuật nguội nhanh với tốc độ nguội khác chúng tơi nhận mơ hình Ni có nhiều cấu trúc khác Cấu trúc mơ hình phân tích hàm PBXT, kỹ thuật phân tích nguyên tử lân cận chung (common neighbor analysis-CNA) hiển thị trực quan Mơ hình Ising với tương tác trao đổi phụ thuộc vào khoảng nguyên tử sử dụng để nghiên cứu từ tính mẫu Ni PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN Phương pháp ĐLHPT sử dụng để mơ mơ hình vật liệu Ni với tốc độ làm nguội khác Mẫu vật liệu Ni ban đầu xây dựng mạng fcc lí tưởng với số mạng a0=3.52 Å Mẫu vật liệu Ni nung chảy phương pháp ĐLHPT sử dụng tương tác nhúng lượng tử Sutton-Chen (QSC) [26, 27] với điều kiện biên tuần hồn Trong đó, thơng số tương tác tối ưu hóa để mơ tả tham số mạng tinh thể, lượng liên kết, số đàn hồi, hệ số phân tán phonon, lượng bề mặt, từ đưa đến mơ tả xác tính chất vật liệu Ni Tổng tính theo cơng thức sau: 116 L.V Long, L.V Vinh, H.Q Quý, “Mô cấu trúc từ tính… động lực học phân tử.” Nghiên cứu khoa học công nghệ 1 U tot ε V(rij ) c ρ i i j i a V ( rij ) rij a i j i rij (1) n (2) m (3) Ở đây, V(rij) cặp cho tương tác đẩy nguyên tử thứ i nguyên tử thứ j; rij khoảng nguyên tử i j; i tổng mật độ điện tích điện tử tính cho lực liên kết liên quan tới nguyên tử i; mức lượng chung; c thông số không thứ nguyên; a thông số tỉ lệ chiều dài cho tất không gian; cuối thông số n m số nguyên dương với n>m Đối với tương tác Q-SC Ni, thông số đặc trưng sau: n = 10, m = 5, ε = 0.007376 eV, c = 84.745 a = 3.5157 Ǻ [27] Mơ hình Ni với tương tác nhúng Q-SC điều cân có thơng số số mạng, lượng liên kết, số đàn hồi phonon riêng phù hợp tốt với thực nghiệm [28-31], cụ thể: a300K=3.529 Ǻ (thực nghiệm a300K=3.524 Ǻ [29]); Ecoh=4.44 eV (thực nghiệm Ecoh=4.44 eV [28]); B=179.74 GPa (thực nghiệm B=187.60 GPa [30]); c12=156.92 GPa (thực nghiệm c12=150.80 GPa [30]); XT=8.47 THz (thực nghiệm XT=8.55 THz [31]) PE(eV/atom) -4.2 -4.3 -4.4 -4.5 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 T(K) Hình Tính tốn nhiệt độ hàm (potential energy – PE) mơ hình Ni gồm 4000 nguyên tử Mẫu vật liệu fcc Ni lý tưởng gồm 4000 nguyên tử nung nóng tới 2000 K với tốc độ nung T=300+.t (K) với t thời gian mô hệ số =1012 K/s Trên hình đồ thị tính tốn nhiệt độ hàm số mô hình Ni Như quan sát, thấy có không liên tục xuất nhiệt độ 1780 K có chuyển pha từ rắn sang lỏng Nhiệt độ nóng chảy mơ hình Ni lớn khoảng 54 K so với nhiệt độ nóng chảy thực nghiệm Ni 1726 K [18] Như vậy, nhiệt độ 2000 K nhận mẫu Ni lỏng Từ mẫu Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 117 Vật lý Ni lỏng làm nguội xuống 300 K với tốc độ nguội khác mà nhiệt độ làm nguội T=2000 - t với =21014 K/s, 41013 K/s, 41012 K/s 41011 K/s Việc làm nguội nhanh kỹ thuật sử dụng phổ biến phương pháp ĐLHPT mô mẫu vật liệu từ pha lỏng nhiệt độ cao xuống pha rắn nhiệt độ thấp [32] Như vậy, nhận mẫu vật liệu Ni 300 K có cấu trúc khác có tốc độ làm nguội khác Các mẫu nhận trực quan hóa hình ảnh, phân tích cấu trúc sử dụng hàm PBXT phân tích CNA để phát nguyên tử thuộc ô mạng tinh thể [33] Để tính tốn tính chất từ vật liệu Ni, mơ hình Ising sử dụng với tương tác trao đổi phụ thuộc vào khoảng nguyên tử Ở đây, nguyên tử Ni tương ứng với giá trị spin s=1 -1 Năng lượng tương tác spin mẫu vật liệu Ni tính theo công thức sau: E J si s j i, j (4) Tương tác trao đổi J spin hàm số phụ thuộc khoảng cách r nguyên tử Ni si, sj spin nguyên tử thứ i, j tương ứng Tương tác trao đổi spin cho vật liệu Ni có dạng [34]: 124,0495 r rmin J (r ) 64,544 exp((2.489 r ) / 0,075) rmin r rmax r rmax (5) Ở đây, mơ-men từ hóa tính tổng spin trạng thái hệ: N M si (6) i 1 Độ từ hóa xác định sau: M m (7) N Với N tổng số spin hệ Độ cảm từ (susceptibility) xác định theo công thức: M2 M (8) k BT Ở trên, kB số Boltzmann đơn vị nhiệt độ Kelvin Ngồi mơ hình vật liệu Ni xây dựng phương pháp nguội nhanh sử dụng ĐLHPT, mơ hình fcc Ni lý tưởng xây dựng với số mạng a0=3.52 Å với mục đích để đối chiếu KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trên hình hình ảnh trực quan mẫu vật liệu khối Ni làm nguội với tốc độ nguội khác từ nhiệt độ 2000 K xuống nhiệt độ 300 K Hình 2a 2b cho thấy cầu nguyên tử Ni xếp trật tự, khi, hình 118 L.V Long, L.V Vinh, H.Q Q, “Mơ cấu trúc từ tính… động lực học phân tử.” Nghiên cứu khoa học công nghệ 2c 2d quan sát thấy nguyên tử xếp có trật tự Như vậy, hình ảnh trực quan vẽ cầu nguyên tử Ni nhận thấy mơ hình vật liệu Ni làm nguội với tốc độ 21014 K/s 41013 K/s có cấu trúc trật tự mơ hình làm nguội với tốc độ 41012 K/s 41011 K/s có cấu trúc trật tự Hình Hình ảnh trực quan mẫu vật liệu Ni 300 K (70×70×35Å): a) =21014 K/s,b) =41013 K/s, c) =41012 K/s d) =41011 K/s Trên hình hàm PBXT mẫu vật liệu khối Ni với tốc độ làm nguội khác mẫu thực nghiệm màng mỏng VĐH Ni [4] Với tốc độ làm nguội 21014 K/s, hàm PBXT mẫu khối Ni cho thấy mẫu có cấu trúc đặc trưng vật liệu VĐH Với tốc độ làm nguội 41013 K/s, hàm phân bố xuyên tâm mẫu khối có dáng điệu đặc trưng vật liệu VĐH, nhiên, đỉnh thứ hai phân tách có dạng hình n ngựa Hàm PBXT mẫu màng mỏng VĐH Ni [4] so sánh với mẫu Ni làm nguội với tốc độ 41013 K/s Kết cho thấy đỉnh thứ thực nghiệm có thấp so với mẫu mơ phỏng, vị trí đỉnh dáng điệu hàm PBXT trùng hợp Điều cho thấy liên quan đến khác cấu trúc địa phương hai mươi mặt ô mạng tinh thể fcc hcp [13, 15] Với tốc độ làm nguội 41012 K/s 41011 K/s, nhận thấy hàm phân bố xuyên tâm xuất thêm đỉnh vị trí đỉnh phù hợp với vị trí đỉnh hàm phân bố xuyên tâm cấu trúc fcc Như vậy, thông qua hàm phân bố xuyên tâm, nhận thấy hai mẫu vật liệu Ni có tốc độ làm nguội 41012 K/s 41011 K/s có cấu trúc tinh thể hai mẫu có tốc độ làm nguội 21014 K/s 41013 K/s có cấu trúc VĐH Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 119 Vật lý Hình Hàm PBXT mẫu khối Ni làm nguội với tốc độ nguội khác thực nghiệm (các điểm vòng tròn) [4] Để phân tích rõ cấu trúc mẫu vật liệu Ni trên, phương pháp phân tích lân cận chung CNA [33] sử dụng để xác định tỷ phần tinh thể VĐH mẫu Trên bảng thống kê kết phân tích CNA cho mẫu Ni Ở đây, Nfcc số nguyên tử Ni thuộc cấu trúc tinh thể fcc, Nhcp số nguyên tử Ni thuộc cấu trúc tinh thể hcp, Nvđh số nguyên tử Ni thuộc pha VĐH Như kết bảng 1, rõ ràng với tốc độ làm nguội 21014 K/s mẫu Ni có cấu trúc hồn toàn VĐH Với tốc độ làm nguội 41013 K/s mẫu Ni có chứa cấu trúc tinh thể fcc hcp tỉ lệ Ntt/Nvđh nhỏ xấp xỉ 0,081 Các kết mẫu Ni có chứa ô mạng tinh thể fcc hcp phù hợp với kết tính tốn mơ khác [13, 15] Ở tốc độ làm nguội thấp =41012 K/s 41011 K/s, kết tỉ lệ phần trăm Ntt/Nvđh lớn, xấp xỉ 91,6 % 95,6 % tương ứng với tốc độ làm nguội Điều cho thấy tốc độ làm nguội ảnh hưởng đến cấu trúc mẫu Ni nhận nhiệt độ 300 K Chúng ta nhận mẫu hoàn toàn VĐH Ni với tốc độ làm nguội 21014 K/s mẫu VĐH Ni pha trộn lượng nhỏ cấu trúc fcc hcp với tốc độ làm nguội 41013 K/s Với tốc độ làm nguội nhỏ nhận mẫu Ni chứa 90% cấu trúc tinh thể phần nhỏ pha VĐH Bảng Phân tích CNA cho mẫu vật liệu Ni 14 Mẫu =210 K/s =41013 K/s =41012 K/s =41011 K/s Nfcc 120 2125 1920 Nhcp 203 1538 1902 Ntt 323 3663 3822 Nvđh 4000 3677 337 178 Nfcc/Nhcp 0,591 1,382 1,001 Ntt/N 0.081 0,916 0.956 120 L.V Long, L.V Vinh, H.Q Q, “Mơ cấu trúc từ tính… động lực học phân tử.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Trên hình độ từ hóa m độ cảm từ mẫu fcc Ni lý tưởng Ở đây, ta dễ dàng nhận thấy vị trí đỉnh cao độ cảm từ tương ứng với nhiệt độ Curie TC=630 K, nhiệt độ TC mô trùng khít với nhiệt độ TC tinh thể fcc Ni đo thực nghiệm [21, 22] Điều cho thấy mơ hình Ising với tương tác trao đổi J(r) mơ tả từ tính tinh thể fcc Ni tốt Hình Độ từ hóa độ cảm từ mơ hình fcc Ni lý tưởng Trên hình độ từ hóa m độ cảm từ mẫu vật liệu VĐH Ni làm nguội nhanh với tốc độ 21014 K/s Như bảng 1, ta thấy, mẫu Ni hồn tồn khơng chứa ngun tử thuộc ô mạng tinh fcc hcp Hay nói cách khác mẫu Ni mẫu VĐH tuyệt đối Trên sở hình 5, ta dễ dàng xác định nhiệt độ Curie mẫu TC=354 K Nhiệt độ TC mẫu VĐH Ni sai lệch 24 K so với giá trị đo thực nghiệm vật liệu VĐH Ni với TC=378 K [7, 8] Sự sai lệch nhỏ nguyên cấu trúc địa phương mẫu có chút khác biệt Thực nghiệm xác nhận mẫu VĐH Ni có chứa cấu trúc trật tự hai mươi mặt [15] Do đó, giải thích từ tính mẫu VĐH Ni đo thực nghiệm nhận giá trị dải rộng với TC=378 - 504 K mô-men từ thay đổi khoảng 0.18 - 0.36B [7, 8] Hình Độ từ hóa độ cảm từ mơ hình VĐH Ni với tốc độ nguội 2.1014 K/s Trên hình độ từ hóa m độ cảm từ mẫu vật liệu Ni làm nguội nhanh với tốc độ 41013 K/s Kết bảng mẫu chứa lượng Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 121 Vật lý nhỏ nguyên tử Ni thuộc ô mạng tinh thể fcc hcp với tỷ lệ Ntt/N=0,081 Từ hình 6, ta xác định nhiệt độ Curie cho mẫu VĐH Ni TC=560 K Nhiệt độ TC nằm khoảng nhiệt độ Curie thực nghiệm cho vật liệu VĐH Ni với TC ~ 504 - 600 K [2, 3, 8] Như vậy, thấy với phần tinh thể lẫn pha VĐH, nhiệt độ Curie mơ hình tăng lên đáng kể Điều ý hàm PBXT có hình dáng VĐH, đó, ta dùng kỹ thuật phân tích CNA xác định mẫu có chứa nguyên tử thuộc ô mạng tinh thể Trong đó, thực nghiệm cơng trình [2, 3, 8] xác định cấu trúc vật liệu sử dụng hàm PBXT nên có mẫu có nhiệt độ Curie cao có chứa mạng tinh thể Ni Hình Độ từ hóa độ cảm từ mơ hình VĐH Ni với tốc độ nguội 41013 K/s Hình hình độ từ hóa m độ từ cảm mẫu vật liệu Ni làm nguội nhanh với tốc độ tương ứng 41012 K/s 41011 K/s Về mặt cấu trúc hai mẫu chứa số nguyên tử thuộc ô mạng tinh thể với tỷ lệ Ntt/N 0,916 0.956 Từ hình nhiệt độ Curie mẫu xác định TC=580 K Trong đó, hình ta xác định nhiệt độ Curie TC=585 K Điều cho thấy mẫu dù có số lượng ngun tử thuộc mạng tinh thể chiếm đa số, tỉ lệ Ntt/N lớn có nhiệt độ Currie cao Tuy nhiên, nhiệt độ TC mẫu thấp so với nhiệt độ đo thực nghiệm tinh thể Ni TC=640 K [21, 22] Điều lý giải sau: mẫu thực nghiệm tinh thể fcc Ni, hai mẫu mô nguyên tử tinh thể thuộc hai ô mạng fcc hcp với Nfcc/Nhcp 1,382 1,001 Theo cơng trình [23] độ từ hóa tinh thể hcp Ni thấp độ từ hóa tinh thể fcc Ni Do đó, nhiệt độ Currie hai mẫu thấp đáng kể so với mẫu thực nghiệm tinh thể Ni mẫu mô fcc lý tưởng với TC=630 K Sự phụ thuộc độ từ hóa vào nhiệt độ vật liệu sắt từ thuận từ tuân theo định luật Curie-Weiss mô tả sau [34]: T 2 m 1 TC (9) 122 L.V Long, L.V Vinh, H.Q Quý, “Mô cấu trúc từ tính… động lực học phân tử.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Hình Độ từ hóa độ cảm từ mơ hình VĐH Ni với tốc độ nguội 41012 K/s Hình Độ từ hóa độ cảm từ mơ hình VĐH Ni với tốc độ nguội 41011 K/s Hình Độ từ hóa phụ thuộc vào đại lượng (1-T/TC)1/2 mẫu khối Ni Trên hình đồ thị phụ thuộc độ từ hóa vào nhiệt độ theo định luật Curie-Weiss nhiệt độ cao Rõ ràng thấy rằng, đồ thị Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 123 Vật lý đường gần tuyến tính Do đó, từ đường xác định hệ số hệ thay đổi từ 1.26 đến 1.8 Các hệ số tính tốn nhỏ chút so hệ số thực nghiệm đo cho hệ tinh thể sắt từ có =1.52.0 [35] Từ kết thấy cấu trúc mẫu Ni xây dựng phương pháp MD mơ hình Ising áp dụng cho mẫu Ni chấp nhận so với kết thực nghiệm KẾT LUẬN Các mẫu vật liệu khối Ni xây dựng phương pháp ĐLHPT với tốc độ làm nguội 21014 K/s, 41013K/s, 41012 K/s 41011 K/s Cấu trúc mẫu vật liệu Ni 300 K phụ thuộc vào tốc độ làm nguội Với tốc độ làm nguội 21014 K/s, mẫu khối Ni có cấu trúc ngun tử hồn tồn VĐH Với tốc độ làm nguội 41013 K/s, mẫu khối Ni có phần nhỏ nguyên tử thuộc tinh thể fcc hcp, phần lớn nguyên tử có cấu trúc VĐH với tỉ lệ Ntt/N=0,081 Với tốc độ làm nguội 41012 K/s 41011 K/s, mẫu khối Ni có cấu trúc nguyên tử hầu hết tinh thể fcc hcp với tỉ lệ tương ứng Ntt/N=0,916 Ntt/N=0,956 Mơ hình từ tính Ising tính tốn mẫu vật liệu khối Ni mẫu fcc Ni lí tưởng Mẫu fcc Ni lí tưởng có nhiệt độ Curie TC=630 K trùng khít với kết thực nghiệm Các mẫu khối Ni có cấu trúc với tỉ lệ Ntt/N=0, 0.081, 0.916 0.956 có nhiệt độ Curie tương ứng 354 K, 560 K, 580 K 585 K Mẫu Ni với cấu trúc VĐH hồn tồn (Ntt/N=0) có nhiệt độ Curie thấp so với thực nghiệm khoảng 24 K (6.8 %) sai khác cấu trúc địa phương mẫu mơ thực nghiệm có chút khác biệt Khi mẫu Ni xuất lượng nhở tinh thể (Ntt/N=0.081) nhiệt độ Curie tăng lên nhanh Nồng độ tinh thể mẫu tăng, nhiệt độ Curie tăng lên Độ từ hóa mẫu Ni tuân theo định luật Curie-Weiss dải nhiệt độ cao Lời cảm ơn: Nghiên cứu tài trợ Quỹ phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (Nafosted) với mã số đề tài: 103.05-2015.16 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T Q Dong, V V Hoang, G Lauriat, “Molecular simulation of freestanding amorphous nickel thin films”, Thin Solid Films 545 (2013) 584 [2] K Tamura, et al “Ferromagnetic properties of amorphous nickel”, Phys Lett A 29 (1969) 52 [3] J G Wright, “Amorphous transition metal films”, IEEE Trans Magn 12 (1976) 95 [4] T Ichikawa, “Electron diffraction study of the local atomic arrangement in amorphous iron and nickel films”, Phys Status Solidi A 19 (1973) 707 [5] H.A Davies, J Aucote, J.B Hull, “Amorphous Nickel produced by Splat Quenching”, Nat Phys Sci 246 (1973) 13 [6] J.J Hauser, “Amorphous nickel films getter sputtered at 25°K”, Phys Rev B 17 (1978) 1908 [7] Y Ajiro, K Tamura, H Endo, “Ferromagnetic resonance in amorphous nickel film”, Phys Letter A 35 (1971) 275 124 L.V Long, L.V Vinh, H.Q Q, “Mơ cấu trúc từ tính… động lực học phân tử.” Nghiên cứu khoa học công nghệ [8] U Banniger, et al “Photoelectron Spin Polarization and Ferromagnetism of Crystalline and Amorphous Nickel”, Phys Rev Letter 25 (1970) 585 [9] V V Litvinsev et al., “Magnetic properties of Ni materials”, Phys.met metal 67, 5, (1989) 89 [10] Y Waseda, “The Structure of Non-Crystalline Materials: Liquid and Amorphous Solids”, McGraw-Hill, New York, 1980 [11] Yu Koltypin, G Katabi, X Cao, R Prozorov, A Gedanken, “Sonochemical preparation of amorphous nickel”, J Non-Cryst Solids 201 (1996) 159 [12] J M Rojo, A Hernando, M El Ghannami, A Garcia-Escorial, M.A Gonzalez, R Garcia-Martinez, L Ricciarelli, “Observation and Characterization of Ferromagnetic Amorphous Nickel”, Phys Rev Lett 76 (1996) 4833 [13] A Posada-Amarillas, I.I Garzon, “Microstructural analysis of simulated liquid and amorphous Ni”, Phys Rev B 53 (1996) 8363 [14] L Wang, H Liu, K Chen, Z Hu, “The local orientational orders and structures of liquid and amorphous metals Au and Ni during rapid solidification”, Physica B 239 (1997) 267 [15] T Schenk, et al., “Icosahedral Short-Range Order in Deeply Undercooled Metallic Melts”, Phys Rev Lett 89 (2002) 075507 [16] T H Kim, K F Kelton, “Structural study of supercooled liquid transition metals”, J Chem Phys 126 (2007) 054513 [17] A Di Cicco, F Iesari, S De Panfilis, M Celino, S Giusepponi, and A Filipponi, “Local fivefold symmetry in liquid and undercooled Ni probed by x-ray absorption spectroscopy and computer simulations”, Phys Rev B 89 (2014) 060102(R) [18] N Jakse and A Pasturel, “Ab initio molecular dynamics simulations of local structure of supercooled Ni”, J Chem Phys 120 (2004) 6124 [19] [19] A A Dmitriev, A V Evteev, V M Levlev, A T Kosilov, “Crystallization of the amorphous Ni thin film on Pd surface”, Phys Met Metall 100 (2005) 129 [20] S Ozgen, L Songur, I Kara, “Equations of state for amorphous and crystalline nickel by means of molecular dynamics method”, Turk J Phys 36 (2012) 59 [21] I Bakonyi et al., “Magnetic properties of electrodeposited, melt-quenched, and liquid Ni-P alloys”, Phys Rev B 47 (1993) 14961 [22] I M Dubrovsky et al., “Handbook of Physics”, Kiev, Nauka Duma (1986) [23] J Gong, L.L Wang, Y Liu, J.H Yang, Z.G Zong, “Structural and magnetic properties of hcp and fcc Ni nanoparticles”, J Alloys Compoun 457 (2008) [24] Y Mia, el al “Synthesis of hexagonal close-packed nanocrystalline nickel by a thermal reduction process”, Mater Chem Phys 89 (2005) 359–361 [25] V Kapaklis, et al “Structure and Magnetic Properties of hcp and fcc Nanocrystalline Thin Ni Films and Nanoparticles Produced by Radio Frequency Magnetron Sputtering”, J Nanosci Nanotechnol Vol 10 (2010) 6024–6028 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 125 Vật lý [26] A P Sutton, J Chen, “Long-range Finnis–Sinclair potentials”, Philos Mag Lett 61 (1990) 139 [27] T Çagin, et al., “The quantum Sutton-Chen many-body potential for properties of fcc metals”, MRS Symposium Ser 554 (1999) 43 [28] C Kittel, “Introduction to Solid State Physics”, 7th ed (Wiley, New York, 1996) [29] W B Pearson, “Handbook of Lattice Spacings and Structure of Metals and Alloys”, (Perga- mon, Oxford, 1967) [30] R O Simmons and H Wang, “Single Crystal Elastic Constants and Calculated Aggregate Properties: A Handbook”, (MIT Press, Cambridge, 1991) [31] Landolt-Bornstein, New Series, III-13a (Springer-Verlag, Berlin, 1981) [32] Y Qi, T Çagin, Y Kimura, W A Goddard III, “Molecular-dynamics simulations of glass formation and crystallization in binary liquid metals: CuAg and Cu-Ni”, Phys Rev B 59 (1999) 3527 [33] H Tsuzuki, et al “Structural characterization of deformed crystals by analysis of common atomic neighborhood”, Comput Phys Comm 177 (2007) 518 [34] V V Hoang, T B Van, P K Hung, “Simulation of structure and magnetic properties of amorphous Ni”, Materia Scie Forum 312-314 (1999) 551 [35] B G Libshish et al., “Physichecoe svoistva metalov i splavov” Moscow, Metalurgja, 1980 (in Russian) ABSTRACT THE SIMULATION OF STRUCTURE AND MAGNETIC PROPERTIES OF Ni MATERIALS BY MOLECULAR DYNAMICS AND ISING MODEL Bulk Ni samples were simulated by molecular dynamics with the SuttonChen potential The samples were heated to the temperature of 2000 K and then cooled down to 300 K with the different cooling rates of 21014, 41013, 41012 and 41011 K/s With the cooling rate of 21014 K/s, bulk Ni sample has absolutely amorphous state With the lower cooling rate, the bulk Ni samples are a mix of crystalline fcc, hcp and amorphous The Monte-Carlo method and Ising model were used to calculate the magnetic properties of bulk Ni samples The Curie temperatures of the bulk Ni samples are in good agreement with experimental ones At high temperature, the magnetization of the bulk Ni samples is followed Curie-Weiss law Keywords: Simulation, Ni, Crystallized, Amorphous, Magnetic Nhận ngày 08 tháng năm 2016 Hoàn thiện ngày 10 tháng 11 năm 2016 Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 02 năm 2017 Địa chỉ: Trung tõm Nhit i Vit Nga; Đại học Bách khoa Hà Nội; Viện Khoa học Công nghệ quân * Emai: longpk2005@gmail.com 126 L.V Long, L.V Vinh, H.Q Quý, “Mô cấu trúc từ tính… động lực học phân tử.” ... hóa học nhà nghiên cứu chế tạo vật liệu nano Niken có cấu trúc fcc hcp [23] Cấu trúc hcp Niken cấu trúc khơng bền vững có từ hóa nhỏ cấu trúc fcc 47,6 emu/g Nghiên cứu cho rằng, từ hóa cấu trúc. .. cấu trúc pha với lên tính chất từ bỏ qua Như vậy, tương quan cấu trúc từ tính vật liệu Ni nhiều điều chưa sáng tỏ Để vấn đề trở nên rõ ràng hơn, chúng tơi sử dụng phương pháp mơ từ tính vật liệu. .. hồi, hệ số phân tán phonon, lượng bề mặt, từ đưa đến mơ tả xác tính chất vật liệu Ni Tổng tính theo cơng thức sau: 116 L.V Long, L.V Vinh, H.Q Quý, Mô cấu trúc từ tính động lực học phân tử. ” Nghiên