ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN XUÂN TOÀN
TĂNG CƢỜNG HIỆU ỨNG TỪ ĐIỆN
TRONG VÙNG TỪ TRƢỜNG THẤP TRÊN CÁC VẬT LIỆU
MULTIFERROICS METGLAS/PZT DẠNG LỚP
CẤU TRÚC MICRÔ-NANÔ Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện nano
(Chuyên ngành đào tạo thí điểm) LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Đỗ Thị Hƣơng Giang

Hà Nội - 2010

3.1.2.b Tính toán hệ số trường khử từ 27
3.2. Tính chất từ giảo của băng Metglas 31
3.2.1. Nghiên cứu tính chất từ giảo tĩnh 31
3.2.2. Ảnh hưởng của dị hướng hình dạng đến tính chất từ giảo 32

3.2.3. Tính chất từ giảo động 33
3.3. Hiệu ứng từ điện vật liệu tổ hợp Metglas/PZT 35
3.3.1. Cấu trúc bilayer thường 35
3.3.1.a Hệ số từ-điện phụ thuộc vào tần số và kích thước 35
3.3.1.b Hiệu ứng Shear lag 37
3.3.1.c Bài toán dao động của màng mỏng 39
3.3.2. Cấu trúc sandwich thường 41
3.3.3. Tăng cường hiệu ứng từ điện nhờ dị hướng hình dạng 42
3.3.3.a Hiệu ứng từ-điện phụ thuộc vào tần số 43
3.3.3.b Hiệu ứng từ-điện phụ thuộc vào tỉ số kích thước n = l/W 44
3.3.4. Cấu trúc bilayer và sandwich xen kẽ 46
KẾT LUẬN 48
Tài liệu tham khảo 49
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động (a) và ảnh chụp của cảm biến
đo từ trường 3D thương phẩm dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ 3
Hình 1.2. Ảnh chụp của cảm biến đơn đo từ trường 1D (a) và cảm biến tích
hợp đo từ trường 3D thương phẩm (b) dựa trên hiện tượng cảm ứng
điện từ 4
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cảm biến Hall 5
Hình 1.4. Cảm biến Hall tổ hợp đo từ trường 3D 5
Hình 1.5. Sơ đồ minh họa hiệu ứng từ-điện trở dị hướng 6
Hình 1.6. Hiệu ứng từ trở khổng lồ: a Khi không có từ trường ngoài, mômen
từ phản song song-điện trở cao; b Khi có từ trường ngoài mômen
từ song song-điện trở thấp 7

phương vuông góc với mặt phẳng băng từ 25
Hình 3.2. Đường cong từ hóa của mẫu băng từ Metglas pha Ni có kích thước
L×W khác nhau. Phép đo được thực hiện với từ trường nằm trong
mặt phẳng băng song song với chiều L của băng. L và W thay đổi
từ 0,25 mm đến 10 mm. 26
Hình 3.3. Đường cong độ cảm từ của vật liệu với các tỉ lệ kích thước n = L/W
khác nhau. 27
Hình 3.4. (a) Biểu diễn sự hình thành của các mômen lưỡng cực trong vật liệu
bị từ hoá (b) Cảm ứng từ B, từ độ M và trường khử từ H
d
của mẫu
bị từ hoá 28
Hình 3.5. Trường khử từ bên trong một thanh chữ nhật đã được từ hoá
theo phương song song (a) và vuông góc với chiều dài thanh (b). 28
Hình 3.6. Hình minh họa cách tính trường khử từ thu được từ các đường cong
từ hóa thực nghiệm 29
Hình 3.7. Đường cong từ hóa của mẫu băng từ Metglas pha Ni có kích thước
L×W khác nhau sử dụng để đánh giá đóng góp trường khử từ vào
dị hướng từ của mẫu. 30
Hình 3.8. Đường cong từ giảo của băng từ mẫu 12x12 đo theo 2 phương
chiều dài và chiều rộng của mẫu 31
Hình 3.9. Đường cong độ cảm từ giảo theo phương song song với chiều dài
băng từ của mẫu 12x12 mm 32
Hình 3.10. Đường cong từ giảo tỉ đối (λ/λ
max
) của băng từ với các kích thước n
= L/W khác nhau đo trong mặt phẳng mẫu 33
Hình 3.11. Đường cong độ cảm từ giảo đo trên các mẫu với tỉ số L/W khác
nhau 33
Hình 3.12. Đường cong từ giảo động đo trên mẫu băng từ Metglas pha Ni tại

và f
10
của các mode dao động tương ứng với bộ số
nguyên (m,n) = (1,1) và (1,0) 43
Hình 3.22. Hệ số từ điện phụ thuộc vào từ trường một chiều đối với các mẫu
hình chữ nhật có chiều dài L = 15 mm và chiều rộng W thay đổi từ
1 đến 15 mm. Từ trường đặt dọc theo chiều dài (L). Phép đo được
thực hiện tại tần số cộng hưởng tương ứng 44
Hình 3.23. Hệ số từ-điện tại từ trường 2.5 Oe đo trên các mẫu có tỉ số kích
thước khác nhau 45
Hình 3.24. Đường cong hiệu ứng từ-điện phụ thuộc vào từ trường một chiều
đo trên mẫu bilayer xen kẽ so sánh với mẫu bilayer thường kích
thước 15×15 mm. Phép đo được thực hiện tại tần số cộng hưởng
tương ứng của các mẫu 47
Hình 3.25. Đường cong hiệu ứng từ-điện phụ thuộc vào từ trường một chiều
đo trên mẫu sandwich xen kẽ so sánh với mẫu sandwich thường
kích thước 15×15 mm. Phép đo được thực hiện tại tần số cộng
hưởng tương ứng của các mẫu. 47
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1. Bảng tổng hợp số liệu từ trường khử từ và hệ số trường khử từ trên
các mẫu khác nhau tính toán được từ các số liệu thực nghiệm 30
Bảng 3.2. So sánh tính chất từ và từ giảo trên một số vật liệu nổi tiếng 32
Bảng 3.3. Bảng tổng hợp hệ số từ-điện cực đại đo trên các mẫu hình vuông
có kích thước khác nhau 37
Bảng 3.4. Bảng tổng hợp tần số cộng hưởng và hệ số từ-điện cực đại đo trên các
mẫu hình chữ nhật có kích thước khác nhau đối chiếu với các kết quả
fit lý thuyết tương ứng với các mode dao động trong lời giải của bài
toán dao động màng 2 chiều 46


3
)
(PZT) và từ giảo Terfenol-D dạng khối bằng phương pháp kết dính. Tuy nhiên, cho đến
nay, khả năng ứng dụng hệ vật liệu này còn hạn chế do nó đòi hỏi từ trường rất lớn (~
500 Oe) đặt vào. Các nghiên cứu cho đến nay đặc biệt trong lĩnh vực ứng dụng cảm
biến chủ yếu tập trung vào tìm ra vật liệu có hiệu ứng từ-điện rất lớn đồng thời rất nhạy
với sự thay đổi nhỏ của từ trường ngoài. Có rất nhiều phương pháp khác nhau để chế
tạo vật liệu multiferroics như tape casting, PLD, phún xạ, … nhưng cho đến nay các kết
quả nghiên cứu vẫn chỉ ra rằng phương pháp kết dính vẫn là phương pháp đơn giản và
cho hiệu ứng lớn nhất. Gần đây, nhóm nghiên cứu của S.X. Dong và các đồng nghiệp
đã thành công hơn nữa trong việc chế tạo ra các vật liệu dạng tấm sử dụng các băng từ
Metglas dày 25 µm với kích thước 0.35×100 mm kết dính trên hai mặt của tấm áp điện.
Với cấu hình này, hiệu ứng từ-điện đạt kỷ lục lên tới α
E
 22000 mV/cmOe tại từ
trường rất nhỏ H ~ 5 Oe [1]. Tuy nhiên việc ứng dụng đặc biệt là linh kiện và sensor thì
vật liệu này bị giới hạn do kích thước quá dài.
Cũng với phương pháp trên, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Công Nghệ cũng
đã đạt được một số kết quả nghiên cứu và triển khai ứng dụng thành công trên vật liệu tổ
hợp sử dụng băng từ siêu mềm (Fe
0.8
Co
0.2
)
0.78
Si
0.12
B
0.1
/PZT bằng phương pháp kết dính

- Nghiên cứu quá trình từ hóa phụ thuộc vào hình dạng và kích thước băng từ có
kích thước khác nhau. Tính toán được hệ số trường khử từ phụ thuộc vào tỉ số
kích thước dài/rộng của băng.
- Nghiên cứu tính chất từ giảo tĩnh và động trong từ trường một chiều và xoay
chiều của các băng từ Metglas pha Ni với hình dạng và kích thước khác nhau
- Nghiên cứu hiệu ứng từ-điện trên các vật liệu tổ hợp Fe
76.8
Ni
1.2
B
13.2
Si
8.8
/PZT
trên các cấu hình và kích thước khác nhau. Tăng cường hiệu ứng từ-điện nhờ
khai thác dị hướng hình dạng của băng từ và từ đó tối ưu cấu hình cho các
nghiên cứu triển khai ứng dụng tiếp theo. 3
Chƣơng 1

dụng vào trong trường hợp này. Nguyên lý hoạt động của cảm biến này có thể được
mô tả đơn giản như sau: cho một dòng kích thích I
exc
chạy qua cuộn dây kích thích
sinh ra từ trường kích thích xoay chiều và tạo ra một thế ở lối ra V
out
.

(a) (b)
Hình 1.2. Ảnh chụp của cảm biến đơn đo từ trường 1D (a) và cảm biến tích hợp đo từ
trường 3D thương phẩm (b) dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ [4]
Trên hình 1.2 là cảm biến thương phẩm dùng để đo từ trường 1D và 3D đã
được phát triển bởi viện nghiên cứu Tyndall [5]. Fluxgate là cảm biến từ có độ nhạy
cao nhất khi làm việc ở nhiệt độ phòng. Khi làm việc ở thang từ trường 1mT có thể
cho độ phân giải của từ trường lên tới 100pT ở tần số từ 0-100MHz. Cho đến nay cảm
biến flux-gate vẫn được sử dụng nhiều hơn cả do đặc trưng của nó ổn định với nhiệt
độ, giá thành rẻ và có khả năng phát hiện từ trường trái đất. Tuy nhiên, hạn chế của
cảm biến loại này là kích thước lớn. Thêm vào đó, do cấu tạo của cảm biến có lõi sắt
từ có độ từ thẩm cao và có đặc trưng trễ từ đặt bên trong của các cuộn dây nên làm
giảm khả năng hoạt động của cảm biến đặc biệt khi đo trong vùng từ trường thấp.
Ngoài ra, hệ số trường khử từ lớn cũng là một trong các hạn chế cho việc thiết kế và
chế tạo cảm biến loại này.
1.1.2. Cảm biến dựa trên hiệu ứng Hall thƣờng
Cảm biến từ được sử dụng phổ biến nhất trên thị trường hiện này là cảm biến
dựa trên hiệu ứng Hall thường được minh họa trên hình 1.2.
Nguyên lý hoạt động của sensor này dựa trên hiệu ứng Hall phẳng. Khi có một
dòng điện chạy qua chất bán dẫn khi có mặt từ trường ngoài tác dụng thì sự chuyển
động của tất cả các điện tích bị ảnh hưởng bởi lực Lorent:
F = qE + q[v×B] (1.1)
trong đó q là điện tích của vật dẫn, v là véc tơ vận tốc, B là véc tơ từ trường. Giả thiết


Hình 1.4. Cảm biến Hall tổ hợp đo từ trường 3D [6]
Các cảm biến Hall đã được thương mại hóa thường làm việc trong từ trường lớn
hơn 10
-3
mT. Bằng cách tổ hợp nhiều cảm biến trên một thiết bị đo, nó có thể cho độ

6
θ
x
y
H
y

Chiều dòng điện
Mômen từ
Màng sắt từ
chính xác của từ trường và góc định hướng lên đến 10
-5
mT và 0,5 độ, do đó rất có
triển vọng được ứng dụng để phát hiện được từ trường trái đất. Tuy nhiên, cũng phải
chờ thêm thời gian nữa để các cảm biến Hall tổ hợp mới được ứng dụng rộng rãi.
1.1.3. Cảm biến AMR
Cảm biến từ điện trở dị hướng (Anisotropic Magnetoresistance – AMR sensor)
có nguyên tắc hoạt động là dựa vào sự tán xạ của điện tử theo hướng mômen từ của
vật liệu làm cảm biến. Nói khác đi đây là hiệu ứng điện trở của các màng sắt từ thay
đổi phụ thuộc vào góc giữa từ độ (từ trường ngoài) và dòng qua cảm biến [7]. Nguyên
lý hoạt động cơ bản của cảm biến từ điện trở dị hướng được minh họa trong (hình 1.5).
Màng mỏng sắt từ có dị hướng từ đơn trục (trục dễ) được tạo ra nhờ dị hướng hình
dạng hoặc nhờ quá trình phún xạ trong từ trường (H

  
Hình 1.5. Sơ đồ minh họa hiệu ứng từ-điện trở dị hướng

Cảm biến AMR có độ nhạy cao, phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng, độ trôi ổn
định hơn cảm biến Hall, phạm vi hoạt động tần số rộng đạt được 10MHz. Nhờ độ nhạy
cao cảm biến được ứng dụng để đếm mật độ phương tiện lưu thông, đo cường độ dòng
điện không cần tiếp xúc, đo chuyển động và tốc độ quay của máy móc, đo từ trường
trái đất và các hệ thống định vị.

7
1.1.4. Cảm biến GMR
Cảm biến GMR gồm 2 lớp phản sắt từ (B) xen giữa là lớp không từ (A) (hình
1.6). Cảm biến GMR có thể cho độ nhạy khoảng 10 mV/mT. Cảm biến loại này là một
trong các linh kiện của kỹ thuật điện tử spin (spintronics). Tuy nhiên, chúng đang gặp
phải một hạn chế như vùng làm việc bị giới hạn ở vùng từ trường lớn (thường chỉ làm
việc trong khoảng 10
-3
đến 10
0
mT) và để có độ nhạy cao, các cảm biến này cần phải
có từ trường nền (bias) và nhiệt độ làm việc thấp.

pha sắt từ - sắt điện với sự tồn tại đồng thời của cả tính chất từ, tính chất từ đàn hồi và
tính chất áp điện (hình 1.7). Với độ nhạy trong khoảng từ trường nanô-tesla (nT), các
vật liệu này có khả năng ứng dụng các đầu đọc thông tin, các cảm biến sinh học và
cảm biến xác định phương vị bắc trong các thiết bị dẫn đường, Hơn thế nữa, cảm
biến loại này còn có nhiều thế mạnh không thể tìm thấy trên các loại cảm biến thông
thường như có thể phát hiện cả từ trường một chiều và xoay chiều công nghệ chế tạo
đơn giản, giá thành thấp, có thể làm việc ở nhiệt độ phòng…
Đặc biệt, năm 2007, Zhai và đồng nghiệp [8] đã công bố kết quả nghiên cứu
cảm biến từ trường trái đất dựa trên hiệu ứng từ giảo-áp điện (hình 1.8) sử dụng nguồn
dòng xoay chiều 10 mA đạt độ nhạy từ trường vùng nT và góc lệch 10
-5
độ. Đây là
B
A
B
B
A
B
a
b
Chiều từ
trường ngoài

8
hướng nghiên cứu mà nhóm nghiên cứu ở Trường ĐH Công nghệ cũng đã tiếp cận kịp
thời và đã có một số kết quả ban đầu rất khả quan.

Hình 1.1. Sơ đồ minh họa hiệu ứng từ điện
trên các vật liệu multiferroics kiểu từ giảo-áp điện



 
 
 
   
 
0
00
l H l H l
H
ll



(1.5)
với l(0) là chiều dài ban đầu của mẫu khi không có từ trường ngoài và l(H) là chiều
dài của mẫu khi có từ trường ngoài H đặt vào. Từ giảo là một đại lượng không có thứ
nguyên. Trong các vật liệu từ giảo dạng khối hoặc dạng băng, hiện tượng từ giảo thể hiện
bởi biến dạng tuyến tính (l/l) theo phương từ trường ngoài (hình 1.12).
1.2.2. Hiệu ứng áp điện
Hiệu ứng áp điện được phát hiện vào năm 1880 bởi Jacques và Pierre Curie là
hiện tượng vật liệu khi chịu tác dụng của ứng suất kéo hoặc nén thì trong lòng vật liệu
sẽ xuất hiện sự phân cực điện cảm ứng hoặc ngược lại, khi vật liệu chịu tác dụng của
điện trường thì vật liệu sẽ bị biến dạng dài ra hoặc ngắn lại tùy thuộc vào điện trường
ngoài cùng chiều hay ngược chiều với véc tơ phân cực điện của vật liệu. Hình 1.8 mô
tả hiệu ứng áp điện dưới tác dụng của ứng suất bên ngoài. Nếu vật liệu chịu ứng suất
nén hoặc kéo dọc theo phương phân cực thì sẽ dẫn đến sự giảm hoặc tăng của độ phân
cực điện trong lòng vật liệu và kết quả sẽ làm xuất hiện trong lòng vật liệu một điện
trường cùng chiều hay ngược chiều với véc tơ phân cực điện. Kết quả là trên hai mặt
đối diện của vật liệu áp điện sẽ xuất hiện thế áp điện có dấu và độ lớn phụ thuộc vào

Ti. Vật liệu PZT có nhiều tính năng nổi trội như độ nhạy cao, điện dung lớn, ít chịu
ảnh hưởng của điện dung ký sinh, độ bền cơ học cao và dễ gia công. Hiện nay các vật
liệu áp điện PZT có thành phần và tính chất tối ưu tùy vào mục đích sử dụng đã được
thương mại hóa và sản xuất hàng loạt theo yêu cầu được cung cấp bởi các công ty với
giá thành thấp.
1.2.3. Hiệu ứng tổ hợp từ-điện
1.2.3.a Nguyên lý hoạt động
Hiệu ứng từ - điện là hiện tượng vật liệu bị phân cực điện (

P
) khi đặt trong từ
trường ngoài (hiệu ứng từ-điện thuận), hay ngược lại vật liệu bị phân cực từ khi có điện
trường ngoài đặt vào (hiệu ứng từ-điện nghịch) [11]. Hiệu ứng này thường được quan sát
thấy trên các vật liệu có sự kết hợp đồng thời cả 2 pha sắt từ và sắt điện (hình 1.9). 11

Hình 1.9. Sơ đồ minh họa hiệu ứng từ điện thuận và ngược trên các vật liệu
multiferoics kiểu sắt từ/sắt điện
Khi chịu tác dụng của từ trường ngoài, pha sắt từ sẽ bị biến dạng do hiệu ứng từ
giảo. Sự biến dạng này sẽ tạo ra ứng suất truyền sang pha sắt điện (do có liên kết cơ học)
và do đó sẽ xuất hiện sự thay đổi véc tơ phân cực điện trong lòng pha sắt điện do hiện
tượng áp điện thuận. Khi đó, trên bề mặt vật liệu áp điện sẽ xuất hiện điện tích cảm ứng
(điện trường) bởi từ trường. Bằng các thiết bị đo (máy khuếch đại điện tích) ta có thể xác
định được lượng điện tích được tạo ra này. Điện lượng này thay đổi phụ thuộc vào ứng
suất hay phụ thuộc vào từ trường tác dụng. Thông qua việc đo điện lượng (điện trường)
được tạo ra này ta có thể tính được từ trường chịu tác dụng. Đây chính là nguyên lý hoạt
động khi sử dụng vật liệu tổ hợp từ-điện chế tạo làm sensor đo từ trường.
Hiệu ứng từ-điện được coi như là một hiệu ứng tích của hai hiệu ứng từ giảo và

người ta đã cung cấp thêm một từ trường xoay chiều (h
ac
) với mục đích tạo ra các ứng suất
dạng dao động (

ac
). Sự xuất hiện của ứng suất này sẽ tạo ra điện lượng biến thiên (q
ac
)

12
trên tấm áp điện và việc đo đạc có thể dễ dàng được thực hiện bằng cách sử dụng các
voltmeter có chức năng đo điện áp xoay chiều.

Khi đó, hệ số thế từ - điện

E
được xác định qua điện áp lối ra V
ME
được đo trực
tiếp từ tấm áp điện theo công thức:

ME
E
1dE dV
dH t dH


(1.8)
với t là chiều dày của tấm áp điện.


23
ME
V const H H H
  
    
(1.11)
ở đây:

ME
0
()
H
const V H


,
ME
0H
dV
dH



,
2
ME
2
0
1


(1.14)
Biểu thức (1.11) có thể được viết lại dưới dạng:

   
 
2
ME dc ο dc ο
3
dc ο
sin2 sin2
sin2
V const H h ft H h f
H h f
   

    
  
(1.15)
hay

   
   
ME dc dc
dc ο dc ο
, , sin2
, cos4 , sin6
V A H h B H h ft
C H h ft D H h ft


(1.17)
Bỏ qua số hạng bậc cao
ο
dc
h
H
(
ο
dc
1
h
H

) và xấp xỉ đạo hàm riêng bậc nhất ta có:

ME
ME οο
0H
dV
V h h
dH



(1.18)
Khi đó, biểu thức mối liên hệ giữa hệ số từ - điện với từ trường và độ dày của tấm
áp điện được viết tổng quát dưới dạng:

ME ME
E

nay các kết quả nghiên cứu vẫn chỉ ra rằng phương pháp kết dính vẫn là phương pháp
đơn giản và cho hiệu ứng lớn nhất. Gần đây, nhóm nghiên cứu của S.X. Dong và các
đồng nghiệp đã thành công hơn nữa trong việc chế tạo ra các vật liệu dạng tấm sử dụng
các băng từ Metglas dày 25 µm với kích thước 0.35×100 mm kết dính trên hai mặt của
tấm áp điện. Với cấu hình này, hiệu ứng từ-điện đạt kỷ lục lên tới α
E
 22000
mV/cmOe tại từ trường rất nhỏ H ~ 5 Oe [14]. Tuy nhiên việc ứng dụng đặc biệt là linh
kiện và sensor thì vật liệu này bị giới hạn do kích thước quá dài.
Cũng với phương pháp trên, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Công Nghệ cũng
đã đạt được một số kết quả nghiên cứu và triển khai ứng dụng thành công trên vật liệu tổ
hợp sử dụng băng từ siêu mềm (Fe
0.8
Co
0.2
)
0.78
Si
0.12
B
0.1
/PZT bằng phương pháp kết dính
[2]. Tiếp tục hướng nghiên cứu này của nhóm trong luận văn, chúng tôi tiếp tục nghiên
trên các vật liệu multiferroics dạng tấm sử dụng tấm áp điện PZT và băng từ mềm do ưu
điểm của chúng là dễ chế tạo, giá thành rẻ và đặc biệt thích hợp với các nghiên cứu hiệu
ứng từ-điện do tính chất từ siêu mềm. Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng băng từ
Metglas có pha Ni với thành phần Fe
76.8
Ni
1.2

tạo các hợp kim vô định hình và nano tinh thể ở dạng băng mỏng. Thành phần hợp kim
này đã được lựa chọn dựa trên thành phần của Metglas đã được biết đến với tính chất từ
và từ giảo siêu mềm cho các ứng dụng nhạy từ trường và ứng suất nhỏ.
Quy trình chế tạo gồm các bước được thực hiện như sau:
+ Cân hợp kim bao gồm các nguyên tố Fe, Ni, B, Si theo hợp thức danh định (có
tính đến sự bù trừ các thành phần dễ bị oxi hóa và bay hơi).
+ Chế tạo hợp kim dạng khối đồng nhất từ hỗn hợp các kim loại trên bằng lò cao
tần trong môi trường chân không cao.
+ Đưa hợp kim vào bên trong ống thạch anh đặt trong lò cảm ứng cao tần. Hợp
kim bị nóng chảy trong lò cao tần được phun lên bề mặt trống đồng đang quay qua khe
hẹp (hình 2.1.a). Hợp kim bị nguội nhanh trên bề mặt trống đồng cho ra các băng mỏng
(hình 2.1.b)
Ống thạch anh có chứa hợp kim được đưa vào lò cảm ứng cao tần trong môi
trường bảo vệ (môi trường khí Ar). Dùng lò cao tần nấu chảy hợp kim, ở phía dưới khe
của ống thạch anh, có đặt một trống đồng quay với tốc độ cao. Khi nhiệt độ trong lò cao
tần lên đến nhiệt độ đủ lớn, hợp kim bị nóng chảy và được phun lên bề mặt trống đồng
qua khe hẹp. Ở đây, bề mặt trống quay với tốc độ cao chính là tác nhân thu nhiệt nhanh
của dòng hợp kim lỏng, làm cho hợp kim bị làm nguội với tốc độ nguội cực nhanh tới
hàng triệu độ một giây cho ra dưới dạng các băng mỏng. Chiều dày băng có thể được
điều khiển nhờ thay đổi khe hẹp của ống thạch anh và tốc độ quay của trống. Băng từ
được sử dụng trong luận văn này có chiều dày t = 18 m và chiều rộng 15 mm với cấu
trúc giữ được nguyên trạng thái giống như chất lỏng (trạng thái vô định hình).

16
a) b)a) b)

Hình 2.1. Sơ đồ minh họa quá trình chế tạo băng vô định hình bằng phương pháp
nguội nhanh (a) và ảnh chụp băng từ sau khi được chế tạo (b).
2.1.2. Chế tạo vật liệu tổ hợp từ - điện
Vật liệu tổ hợp nghiên cứu trong khóa luận này được chế tạo bằng phương pháp

Hình 2.4. Ảnh chụp các mẫu hình vuông có kích thước khác nhau: 25

25, 15

15 và
10

10 mm

(a) (b) (c)
Hình 2.5. Ảnh chụp các mẫu hình chữ nhật cấu trúc xen kẽ (a) và cấu trúc thường có
kích thước khác nhau (b,c)

18
2.2. Đo từ độ bằng từ kế mẫu rung VSM
Từ kế mẫu rung là một thiết bị dùng để đo các tính chất từ của vật liệu bao gồm
đường cong từ hóa, từ độ bão hòa, lực kháng từ, độ thẩm từ…. Đây là một thiết bị
không thể thiếu được trong các nghiên cứu về từ học. Thiết bị này hoạt động dựa trên
nguyên tắc thu tín hiệu cảm ứng điện từ khi cho mẫu đo rung trong từ trường. Sơ đồ
nguyên lý của thiết bị được minh họa trên hình 2.6. Mẫu đo được gắn vào một thanh
rung không có từ tính (ví dụ thạch anh) và được đặt vào một vùng từ trường đều tạo
bởi 2 cực của nam châm điện. Khi ta rung mẫu với một tần số nhất định, từ thông đi
qua cuộn dây thu tín hiệu sẽ biến thiên và sinh ra suất điện động cảm ứng V có giá trị tỉ
lệ thuận với mômen từ M của mẫu:
MSNV
m
4

