1
MỞ ĐẦU
Vật liệu từ có cấu trúc và kích thước nanomet trong đó có các vật liệu pherit
đang được nghiên cứu mạnh mẽ về các khía cạnh tính chất cơ bản cũng như các
khả năng ứng dụng mới. Các vật liệu này có những tính chất từ đặc biệt và ưu
việt hơn so với vật liệu khối, đáp ứng được các yêu cầu ứng dụng trong công
nghệ hiện đại như ghi từ mật độ cao, y sinh học (chụp ảnh cộng hưởng từ MRI,
nhiệt trị, dẫn thuốc ), năng lượng (làm lạnh từ ), môi trường (làm sạch nguồn
nước, phân tách hóa chất thải ), sản xuất chất lỏng từ, mực in, điện tử viễn
thông (linh kiện cao tần, linh kiện truyền dẫn tín hiệu ).
Trong họ các vật liệu pheri từ mạnh dạng oxit kim loại, ngoài các vật liệu
pherit cấu trúc spinel và lục giác có hai phân mạng từ tạo bởi các ion kim loại
chuyển tiếp, pherit có cấu trúc cubic ganet là dạng hợp chất từ phức tạp hơn với 3
phân mạng từ trong đó phân mạng tạo bởi các ion đất hiếm có mômen từ đối
song với hiệu mômen từ của hai phân mạng Fe. Phân mạng đất hiếm tương tác
yếu với các phân mạng Fe, do đó ở vùng nhiệt độ thấp, phân mạng đất hiếm có
mômen từ chiếm ưu thế và có đóng góp lớn vào dị hướng từ tinh thể chung của
vật liệu. Tuy nhiên, khi nhiệt độ của hệ tăng lên, trường tương tác giữa phân
mạng đất hiếm với hai phân mạng Fe giảm đi nhanh chóng dẫn đến sự giảm rất
nhanh của mômen từ của phân mạng đất hiếm cũng như sự giảm dị hướng từ của
vật liệu và ở vùng nhiệt độ cao mômen từ tổng của hai phân mạng Fe chiếm ưu
thế. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra do sự phụ thuộc khác nhau theo nhiệt độ
của mômen từ của các phân mạng trong pherit ganet dẫn đến hiện tượng triệt tiêu
mômen từ tổng của các hợp chất này tại một nhiệt độ xác định dưới nhiệt độ
Curie (điểm bù trừ). Ở vùng nhiệt độ lân cận điểm bù trừ có những biến đổi dị
thường trong tính chất từ của vật liệu như sự xuất hiện đỉnh cực đại của lực
kháng từ, từ giảo, hiệu ứng từ nhiệt. Nhiệt độ Curie của vật liệu được quyết định
bởi tương tác từ mạnh giữa hai phân mạng Fe nên các giá trị nhiệt độ Curie của
các vật liệu pherit ganet chứa các nguyên tố đất hiếm khác nhau không chênh
lệch nhau nhiều, xấp xỉ 560 K.
5
O
12
(R = Y, Gd, Tb, Dy, Ho) có kích thước nanomet bằng phương pháp
tổng hợp hóa học.
- Nghiên cứu sự hình thành pha, thành phần hóa học, cấu trúc tinh thể, ảnh
hưởng của hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng tới hạn lên các tính chất từ của các hạt
chế tạo được.
Phương pháp nghiên cứu: Thực nghiệm kết hợp phân tích số liệu dựa trên
các mô hình lý thuyết, so sánh với các kết quả thực nghiệm đã được công bố.
Mẫu được chế tạo bằng phương pháp sol-gel, cấu trúc và tính chất được nghiên
cứu qua giản đồ phân tích nhiệt, giản đồ nhiễu xạ tia X, phổ tán sắc năng lượng
tia X, ảnh hiển vi điện tử quét SEM và hiển vi điện tử quét truyền qua TEM, máy
từ kế mẫu rung VSM và thiết bị giao thoa kế lượng tử siêu dẫn SQUID.
3
Bố cục luận án: Luận án được trình bày trong 5 chương, 116 trang, bao
gồm hình vẽ và đồ thị, bảng số liệu. Cấu trúc cụ thể của luận án như sau:
Mở đầu: Giới thiệu sơ bộ về tình hình nghiên cứu, lý do chọn đề tài nghiên
cứu
Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit ganet. Trong chương này tác giả
trình bày cấu trúc, tính chất của vật liệu dạng khối và các nghiên cứu thực hiện
trên hệ hạt kích thước nanomet.
Chương 2: Giới thiệu tổng quan về các phương pháp chế tạo mẫu dạng hạt
kích thước nanomet, các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của
mẫu dạng hạt thực hiện trong luận án.
Chương 3: Trình bày các kết quả nghiên cứu và thảo luận với các hạt nano
Y
3
Fe
(R = Tb, Dy, Ho). Các mẫu hạt này có cấu trúc 3 phân mạng từ chứa
các ion đất hiếm nhóm nặng, có tính dị hướng lớn.
Kết luận và kiến nghị: Tổng hợp các kết quả nghiên cứu chính của luận án
và kiến nghị các hướng nghiên cứu tiếp theo
Tài liệu tham khảo
Danh mục các công trình sử dụng trong luận án và công trình có liên
quan đến luận án.
4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PHERIT GANET
1.1 Pherit ganet dạng khối
1.1.1 Cấu trúc tinh thể của pherit ganet
Pherit ganet có cấu trúc lập phương tâm khối, thuộc nhóm không gian Oh
10
– Ia3d [1,2]. Một ô đơn vị của pherit ganet chứa 8 đơn vị công thức
{R
3
}[Fe
2
](Fe
3
)O
3+
trong 2 phân mạng a và d và ion O
2-
(tương ứng là 2,01 và 1,87 Å)
nhỏ hơn khoảng cách giữa ion Y
3+
và ion O
2-
(2,37 và 2,43 Å). Điều này là một
trong hai nguyên nhân lý giải tương tác từ giữa các ion Fe
3+
với nhau lớn hơn so
với các tương tác khác trong ganet đất hiếm.
Bảng 1.1 Khoảng cách giữa các ion lân cận trong tinh
thể pherit ytri ganet YIG [4]
Ion
Ion
Khoảng cách (Å)
Y
3+
(c)
4Fe
3+
(a)
6Fe
3+
(d)
8O
2-
3,46
2-
3,09 ; 3,79
3,46
3,79
1,87
Hằng số mạng của các pherit ganet đất hiếm giảm theo kích thước ion kim
loại đất hiếm, có giá trị trong khoảng từ 12,283Å đến 12,529Å tương ứng với ion
Lu
3+
và Sm
3+
. Giá trị hằng số mạng của các pherit đất hiếm và bán kính ion kim
loại đất hiếm tương ứng được liệt kê trong bảng 1.2. Geller đã thay thế một phần
các ion kim loại đất hiếm (từ La
3+
đến Pm
3+
) và nhận thấy hằng số mạng của
pherit ganet có thể đạt đến giá trị lớn nhất là 12,538 Å [5].
6
Bảng 1.2 Bán kính ion của đất hiếm và hằng số mạng của
pherit ganet tương ứng [5]
Nguyên tố R
Bán kính ion R
3+
(Å)
Hằng số mạng của pherit
R
Tm
0,99
12,323
Yb
0,98
12,302
Lu
0,97
12,283
Ngoài ra, Fe
3+
có thể được thay thế bằng nhiều ion trong phân mạng tứ diện
như Al
3+
, Ge
4+
, Ga
3+
, Ti
4+
, Co
2+
, Co
3+
, Sn
4+
, Fe
4+
, V
5+
và Al
3+
, khi đó ta có các ganet Y
3
Ga
5
O
12
và
Y
3
Al
5
O
12
[6]. Các ion Mn
2+
và Fe
2+
có thể cùng chiếm vị trí phân mạng a và c
trong khi In
3+
, Sc
3+
và Cr
3+
ưu tiên vào vị trí phân mạng a. Sự ưu tiên các vị trí
phân mạng của các cation thay thế vào ganet đã được giải thích dựa trên lý thuyết
thống kê của Gilleo [7].
7
tương tác trao đổi gián tiếp, thông qua ion oxy. Mô hình tương tác trao đổi gián
tiếp do Kramers [8] đưa ra, áp dụng đầu tiên cho tinh thể phản sắt từ MnO. Mô
hình này cũng được áp dụng để giải thích cho tương tác trao đổi trong pherit
ganet, trong đó các tương tác này xảy ra giữa các ion 3d (Fe - Fe), 4f (R - R) và
3d - 4f (Fe - R). Bản chất của tương tác là sự xen phủ lẫn nhau của các đám mây
điện tử d của ion Fe hoặc f của ion đất hiếm R với đám mây điện tử p của ion
oxy. Độ lớn của tương tác tác Fe
3+
− O
2-
− Fe
3+phụ thuộc vào khoảng cách và
góc giữa các ion Fe
3+
và O
2-
. Sự sắp xếp ion Fe
3+
− O
2-
− Fe
3+
hợp thành góc 180
o
có tương tác lớn nhất vì xác suất phủ các đám mây điện tử là nhiều nhất. Khi góc
liên kết Fe
3+
là lớn
nhất (125,9
o
), các góc liên kết Fe
d
3+
– O
2-
– Y
3+
và Fe
a
3+
– O
2-
– Y
3+
nhỏ hơn
(tương ứng là 123
o
và 104,7
o
). Khi thay thế ion R
3+
vào vị trí Y
3+
, các góc liên kết
trên không thay đổi đáng kể. Khoảng cách giữa các ion từ tính và ion oxy đã nêu
trong bảng 1.2 cùng với giá trị các góc liên kết trong bảng 1.3 cho thấy tương tác
104,7
Fe
3+
(d) – O
2-
– Y
3+
Fe
3+
(d) – O
2-
– Y
3+
Y
3+
– O
2-
– Y
3+
123,0
92,2
104,7
Fe
3+
(d) – O
2-
– Fe
aa
, J
dd
, J
cc
, J
ad
, J
dc
và J
ac
trong đó J
aa
, J
dd
,
J
cc
là tích phân tương tác trao đổi giữa các ion trong cùng phân mạng, J
ad
, J
dc
và
J
ac
là tích phân tương tác trao đổi giữa các phân mạng. Tích phân tương tác trao
đổi trong pherit ganet thường có giá trị âm, độ lớn của nó phụ thuộc vào sự đối
xứng của các quỹ đạo điện tử, định hướng không gian của chúng và khoảng cách
9
. Tương tác giữa các ion kim loại đất hiếm gần như bằng 0. Do vậy, có thể
nói, tương tác trong hai phân mạng a và d quyết định trật tự từ, cụ thể là nhiệt độ
Curie của pherit ganet.
Bảng 1.4 Giá trị tích phân trao đổi của pherit ganet YIG và GdIG
[10]
Pherit Y
3
Fe
5
O
12
Phương pháp xác định
T
C
(K)
J
ad
(K)
J
dd
(K)
J
aa
(K)
Phương pháp trường phân tử
Đo mômen từ
Cộng hưởng từ hạt nhân
Phương pháp trường phân tử
Phương pháp sóng spin
560
-3,7
-10,1
-0,44
-2,52
0
-
Mối quan hệ tương tác giữa ba phân mạng từ quyết định giá trị mômen từ
tổng của pherit ganet. Năm 1948, Néel đã đưa ra mô hình lý thuyết làm sáng tỏ
cơ chế vi mô về tương tác cho các vật liệu pheri từ [11]. Áp dụng mô hình Néel
cho các hợp chất ganet, mômen từ của các ion Fe
3+
trong cùng một phân mạng là
song song với nhau, mômen từ của phân mạng a và phân mạng d là đối song.
Tương tác giữa các ion đất hiếm trong cùng phân mạng rất yếu nên có thể coi
phân mạng đất hiếm như một hệ các ion thuận từ trong từ trường tạo bởi các
phân mạng sắt. Mômen từ của phân mạng c định hướng ngược với vectơ tổng
10
của mômen từ của hai phân mạng a và d. Trật tự từ trong các phân mạng của
pherit ganet được mô tả như sơ đồ ở hình 1.2 dưới đây:
{R
3
3+
} [Fe
3+
] (Fe
3+
từ theo nhiệt độ của YIG.
Hình 1.3. Sự phụ thuộc nhiệt độ của giá trị mômen từ bão hòa của các phân
mạng và mômen từ tổng của YIG [1,2]
11
Các giá trị mômen từ bão hòa M
s
phụ thuộc nhiệt độ của một số pherit ganet
đất hiếm được biểu diễn trên hình 1.4. Theo hình này, dạng đường cong M
s
(T) có
hai dạng chính:
- Dạng đường cong Weiss (với R = Y, Lu)
- Dạng đường cong có điểm nhiệt độ bù trừ T
comp
(với R = Gd, Tb, Dy, Ho,
Er, Tm, Yb). Tại T
comp
, mômen từ của phân mạng c bằng và ngược dấu với hiệu
mômen từ của hai phân mạng Fe (d – a).
Hình 1.4 Sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ bão hòa của các pherit ganet
R
3
Fe
5
O
12
(R = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y) [3].
của một số pherit ganet đất hiếm [3]
Pherit ganet
M
s
(µ
B
)
T
C
(K)
T
comp
(K)
0 K
300 K
Y
3
Fe
5
O
12
Gd
3
Fe
5
O
12
Ho
3
558
563
568
-
290
137
220
244
Một điểm đáng lưu ý là mặc dù các ion đất hiếm ở phân mạng c với mômen
từ khác nhau nhưng nhiệt độ Curie của các ganet này đều ở vùng nhiệt độ 560 K.
Rõ ràng là tương tác của các ion Fe
3+
ở hai phân mạng d và a đóng vai trò quyết
định tới giá trị T
C
của ganet. Tuy nhiên, các giá trị T
C
liệt kê trong bảng 1.5 có sự
13
sai khác so với ganet ytri YIG, là do sự thay đổi độ lớn của các ion R
3+
tạo nên sự
khác biệt về khoảng cách giữa các ion Fe
3+
ở hai phân mạng d và a của các pherit
ganet đất hiếm và pherit ganet ytri.
1.1.2.2. Nhiệt độ bù trừ
Với các ion đất hiếm nặng, mômen spin và mômen quỹ đạo định hướng
song song thông qua tương tác giữa chúng (tương tác spin – quỹ đạo). Ở vùng
RIG
(T
comp
) = 0. Ở nhiệt độ T trên nhiệt độ T
comp
(T
comp
< T <
T
C
), mômen từ của hai phân mạng sắt lớn hơn mômen của phân mạng đất hiếm
(M
d
- M
a
> M
c
), như quan sát thấy trên hình 1.5. Như vậy khi đi qua điểm bù trừ
có sự đảo hướng của vectơ từ độ tổng M
RIG
.
Các nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng, đối với các hợp chất R
3
Fe
5
O
12
, ở lân
cận điểm bù trừ, do sự đảo chiều của vectơ từ độ tổng và do ảnh hưởng của quá
trình thuận xảy ra đối với phân mạng đất hiếm, các tính chất vật lý của chúng
2
α
2
2
+ α
2
2
α
3
2
+ α
3
2
α
1
2
) + K
2
(α
1
2
α
2
2
α
3
2
) +
(1.2)
Trong đó K
Đối với ytri pherit ganet, K
1
< 0 trong toàn dải nhiệt độ dưới nhiệt độ Curie.
Giá trị K
1
có thể được tính toán dựa trên mô hình đơn ion dưới tác dụng của
trường tinh thể [15]. Việc thay thế Fe
3+
bằng các ion phi từ tính ở phân mạng tứ
diện d dẫn đến sự giảm năng lượng dị hướng theo hàm gần tuyến tính và khi thay
thế ở phân mạng bát diện a, năng lượng dị hướng còn giảm mạnh hơn [16].
Trong trường hợp pherit ganet đất hiếm, các đóng góp vào năng lượng dị
hướng của các ion đất hiếm ở vùng nhiệt độ thấp là rất lớn. Ngoài ra, ở các hợp
chất RIG, hệ số K
2
có giá trị đáng kể ở vùng nhiệt độ thấp. Giá trị K
1
và K
2
của
một số pherit ganet [3] được liệt kê trong bảng 1.6. Theo bảng này, ở vùng nhiệt
độ thấp từ 78 K đến 4 K, K
1
của các ganet đất hiếm có giá trị âm và lớn hơn rất
nhiều so với YIG, cụ thể là gấp gần 2 bậc độ lớn đối với DyIG, HoIG và TbIG.
Các giá trị K
2
cũng đều lớn hơn so với YIG. Ở nhiệt độ phòng, do sự mất trật tự
từ của phân mạng đất hiếm, ảnh hưởng của các ion đất hiếm lên dị hướng từ tinh
thể là không đáng kể, điều này dẫn đến các giá trị K
Fe
5
O
12
300
78
4
-5,0
-22,4
-24,8
0
0
0
Gd
3
Fe
5
O
12
300
78
4
-6,0
-27,4
-26,8
-
-
-
-
2,1410
2
-
Ho
3
Fe
5
O
12
300
80
4
-5
-810
2
-11,8210
3
-
-2,710
2Er
3
Fe
5
O
3+
lệch đi một góc 14
o
và 42
o
so với
phương này. Hiện tượng tương tự cũng quan sát thấy với các ion Ho, Tb, Yb và
Tm [17,18]. Sự lệch của mômen từ phân mạng đất hiếm sẽ ảnh hưởng đến
mômen từ tổng của vật liệu. Các giá trị mômen từ tự phát xác định từ thực
nghiệm và theo tính toán lý thuyết của một số pherit ganet được liệt kê trong
bảng 1.7. Có thể thấy, ngoại trừ GdIG, ở các pherit ganet có mômen từ phân
mạng đất hiếm bị lệch so với phương <111>, mômen từ tự phát của chúng đều
nhỏ hơn so với giá trị mômen từ tính theo lý thuyết.
Bảng 1.7 Mômen từ thực nghiệm và theo lý thuyết (µ
B
) của một số pherit
ganet đất hiếm [19]
R
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Số điện tử lớp 4f
L
S
M
RIG
10,2
12
5
2
16
1,2
1.1.2.4 Lực kháng từ ở quanh điểm bù trừ
Từ độ của chất sắt từ / pheri từ có thể bị giảm về giá trị 0 khi có tác dụng
một từ trường H
c
ngược chiều so với phương từ hóa ban đầu, được gọi là lực
kháng từ. Các nghiên cứu trước đây trên các hệ pherit ganet đất hiếm RIG đã
quan tâm đến sự biến đổi dị thường của lực kháng từ ở vùng nhiệt độ quanh điểm
bù trừ T
comp
. Tuy nhiên, các phép đo H
c
trên các mẫu đa tinh thể RIG có điểm bù
trừ cho kết quả không thống nhất. Phép đo từ đầu tiên trên mẫu GdIG pha tạp 7%
ytri được thực hiện bởi Belov và cộng sự cho thấy có điểm bù trừ T
comp
= 259 K
[20]. Các tác giả đã quan sát thấy một cực đại đơn của H
c
ở quanh điểm bù trừ,
H
c
max
~ 100 Oe và độ rộng bán vạch của đỉnh cực đại là 60 K. Sự phụ thuộc của
H
khoảng 600 Oe và độ rộng bán vạch khoảng 30 K [24]. Về mặt hiện tượng luận,
sự xuất hiện cực đại kép H
c
là phù hợp với sự giảm của M
s
về 0 khi đi qua điểm
bù trừ vì khi đó H
c
cũng phải tiến tới 0. Tuy nhiên, do trong các mẫu sau khi chế
tạo luôn tồn tại các sai hỏng mạng nên sự bù trừ về từ độ của các phân mạng
không xảy ra hoàn toàn tại T
comp
dẫn đến H
c
(T
comp
) 0. Các tác giả cũng cho rằng
sự xuất hiện của các cực đại đơn trong một số mẫu là do sự bất đồng nhất về
thành phần trong các mẫu đó và sự bất đồng nhất này còn ảnh hưởng đến độ rộng
bán vạch của đỉnh cực đại.
18 Hình 1.7 Sự tách thành 2 đỉnh tại 214 K và 234 K trên đường giá trị lực kháng từ
phụ thuộc nhiệt độ của Dy
3
Fe
5
O
Số hạng thứ nhất là năng lượng dị hướng và số hạng thứ hai đặc trưng cho năng
19
lượng tĩnh từ. Lực kháng từ của một hạt đơn đômen trong trường hợp này bằng
trường dị hướng H
a
và được tính theo công thức:
2
a
s
K
H
M
(1.4)
Đối với một tập hợp hạt đơn đômen dị hướng đơn trục định hướng ngẫu nhiên thì
H
c
được tính gần đúng bằng:
0,96
c
s
K
H
M
(1.5)
Sự khác biệt của mô hình Goranskiĭ và Zvezdin so với mô hình Stoner –
(1.6)
Trong đó M
Fe
là mômen từ tổng của các ion Fe trong hai phân mạng a và d,
M
R
là mômen từ của ion đất hiếm. χ là độ cảm từ của phân mạng đất hiếm. Ở lân
cận T
comp
, M
Fe
được coi như không phụ thuộc vào từ trường đặt vào. Mặt khác,
M
R
được mô tả gần đúng theo định luật Curie với χ tỉ lệ thuận với 1/T . Thông số
là hằng số tương tác trao đổi giữa phân mạng đất hiếm và phân mạng Fe. Khi
đó, M được khai triển toán học quanh nhiệt độ T
comp
như sau:
0
(1 )
comp
Fe
T
CH
M M M H
TT
phụ thuộc vào hướng của từ trường ngoài với trục dễ từ hóa trong tinh thể. Hình 1.8. Đường cong từ trễ ở gần T
comp
gây bởi sự quay của mômen từ của đơn
đômen dị hướng đơn trục. Mômen từ M bị thay đổi theo từ trường đặt vào: M =
M
0
+χH.
Trước hết ta xét lực kháng từ H
c
trong vùng nhiệt độ T < T
comp
-
và T >
T
comp
+
(
> 0), theo hình 1.8a, ta có
0
0
M
AK
M
T
M
T
khi
comp
TT
(1.11)
Tiếp theo, ta xem xét giá trị H
c
trong vùng nhiệt độ
comp comp
T T T
,
theo hình 1.8b, ta có
0
0
M
AK
M
. Quá trình thuận đóng góp χH trở nên lớn hơn so
với M
M
T
M
H
khi
comp
TT
(1.13)
Từ đây, nhiệt độ
có thể được xác định từ đẳng thức H
c
(1) = H
c
(2) và giá
trị cực đại của của H
c
được suy ra theo các phương trình sau:
1/2
1/2
ax 1/2
()
[ (1) (2)]
comp
comp
= 223 K, H
c
max
= 600 Oe ở T
comp
với
= 10 K (hình 1.7). Hai đỉnh của
H
c
được quan sát thấy ở 214 K và 232 K. Đối với các mẫu đa tinh thể, có 2 yếu
tố ảnh hưởng đến sự dị thường của H
c
. Thứ nhất là sự bất đồng nhất của mẫu ở
vùng nhiệt độ T
comp
. Thứ hai là sự định hướng của từ trường ngoài không song
song với trục dị hướng từ tinh thể, dẫn đến đường cong từ trễ là tổng hợp của một
phân bố thống kê của các trục dị hướng từ tinh thể. Giá trị a bằng 4/3 đối với trục
[111], 2/9 với trục [100] và bằng
4 2 /9
đối với trục [110]. Trong thực nghiệm
22
thường khó quan sát thấy sự tách thành hai đỉnh của H
c
do trong mẫu thực tế xuất
trong ứng dụng này. Một trong những lựa chọn có thể là YIG pha tạp Al với độ
rộng vạch thấp ở khoảng ∆H
o
= 20 Oe. Các vật liệu khác có thể là YIG pha tạp
V
5+
trong phân mạng 4 mặt và In
3+
, Zr
4+
hoặc Sn
4+
trong phân mạng 8 mặt, kết
hợp sử dụng Ca
2+
cân bằng lỗ trống để làm giảm độ rộng vạch ∆H
o
do tăng M
s
và
giảm K
1
. Vật liệu YIG pha tạp Ca/V/In và Zr với M
s
trong khoảng 1200 - 1600
23
gauss có bề rộng vạch ∆H
o
< 5 Oe và nhiệt độ Curie T
nhiều. Vật liệu thường được sử dụng trong trường hợp này là YIG có pha tạp Bi.
Hàm lượng Bi càng lớn thì quá trình quay càng mạnh. Một số nghiên cứu cho
thấy độ quay có thể đạt tới 20
o
/µm [27, 30].
Với mục đích làm giảm kích thước của các bộ quay Faraday và tăng hiệu
ứng quay Faraday, năm 1998, nhóm nghiên cứu của M. Inoue [34] đã đưa ra một
tinh thể lượng tử ánh sáng trên cơ sở pherit ganet có thể đạt được độ quay
Faraday cao hơn cho mỗi đơn vị chiều dài, hay là làm cho các bộ quay ngắn hơn.
1.1.3.3 Pherit ganet trong ứng dụng làm lạnh từ
Vật liệu pherit ganet được sử dụng trong ứng dụng làm lạnh từ nhờ hiệu
ứng từ nhiệt. Hiệu ứng từ nhiệt là hiện tượng thay đổi nhiệt độ của vật liệu từ khi
thay đổi từ trường đặt vào. Do đó, hiệu ứng từ nhiệt của vật liệu từ thường được
ứng dụng trong công nghệ làm lạnh. Đây là một ứng dụng thú vị và hứa hẹn tiềm
năng ứng dụng cao, thay thế cho các nhiên liệu thông thường bởi các yếu tố như:
công suất cao, công nghệ nhỏ gọn, vật liệu thân thiện với môi trường, có thể làm
lạnh đến mK. Khi đặt vào từ trường, entropy từ của vật liệu giảm xuống do sự
quay của các mômen từ theo hướng của từ trường. Nếu từ trường giảm đoạn
nhiệt, entropy tổng của cả hệ được bảo toàn nên khi entropy từ của hệ tăng lên,
entropy của mạng sẽ giảm xuống, điều này đồng nghĩa với nhiệt độ của hệ sẽ
giảm xuống – đây là cơ sở để làm lạnh từ tính. Hiệu ứng từ nhiệt đã được sử
dụng để đạt được nhiệt độ dưới mK trong phòng thí nghiệm thông qua khử từ
đoạn nhiệt của spin từ hạt nhân. Trong những năm gần đây, các nghiên cứu về
làm lạnh từ tính đã được mở rộng các phạm vi nhiệt độ khác nhau, từ nhiệt độ
thấp đến nhiệt độ phòng. Hiệu ứng này cũng được ứng dụng để làm lạnh khí
hydro sử dụng chu trình Carnot [32–34].
25
Vật liệu ganet là vật liệu thích hợp được sử dụng trong ứng dụng này vì
chúng có trật tự từ ở nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ thấp dưới 20 K, khi entropy mạng
Copyright: Tài liệu đại học ©