Nhóm 2 – 11A1 – THPT Nguyễn Trãi
1
Bài báo cáo số 4:
SỰ TỪ HOÁ CÁC CHẤT – SẮT TỪ
1. Các chất thuận từ và nghịch từ:
Các chất trong tự nhiên khi đặt trong từ trường đều bị từ hoá. Tuy nhiên không phải chất nào cũng
có khả năng bị từ hoá như nhau. Chỉ một số chất có tính từ hoá mạnh (sắt từ - sẽ xét ở phần 2) và đa số
còn lại là các chất có tính từ hoá yếu, bao gồm: chất thuận từ và chất nghịch từ.
1.1. Chất thuận từ:
Chất thuận từ là chất có mômen từ nguyên từ, nhưng mômen từ này rất nhỏ, có thể xem một
cách đơn giản các nguyên tử của chất thuận từ như các nam châm nhỏ (xem hình 4), nhưng không liên
kết được với nhau (do khoảng cách giữa chúng xa và mômen từ yếu).
Hình 1. Hình ảnh đơn giản về chất thuận từ.
Khi đặt từ trường ngoài vào chất thuận từ, các "nam châm" (mômen từ nguyên tử) sẽ có xu hướng bị
quay theo từ trường, vì thế mômen từ của chất thuận từ là dương, tuy nhiên do mỗi "nam châm" này có
mômen từ rất bé, nên mômen từ của chất thuận từ cũng rất nhỏ. Hơn nữa, do các nam châm này không
hề có tương tác với nhau nên chúng không giữ được từ tính, mà lập tức bị mất đi khi ngắt từ trường
ngoài.
Như vậy, chất thuận từ về mặt nguyên lý cũng bị hút vào từ trường (một hình ảnh ví dụ là Ôxy
lỏng bị hút vào cực của nam châm điện (hình 5 - Haliday et al. Fundamentals of Physics, 7
th
Ed.) nhưng
thực tế, bức tranh này ta chỉ quan sát thấy trong từ trường mạnh.
Kết luận: (tóm tắt ý chính cần nhớ)
1
Nhóm 2 – 11A1 – THPT Nguyễn Trãi
1
- Tính chất thuận từ thể hiện ở khả năng hưởng ứng thuận theo từ trường ngoài, có nghĩa là các chất
này có mômen từ nguyên tử (nhưng giá trị nhỏ), khi có tác dụng của từ trường ngoài, các mômen
từ này sẽ bị quay theo từ trường ngoài, làm cho cảm ứng từ tổng cộng trong chất tăng lên.
- Một số chất thuận từ điển hình là Al, Na, O

dụng các đá nam châm làm la bàn hoặc làm các vật dụng hút sắt thép (thực chất đó là các quặng Fe
3
O
4
)
từ hơn 2000 năm trước (mà xuất phát là từ Trung Hoa và Hy Lạp cổ đại).
Các chất sắt từ (ví dụ như sắt (Fe), côban (Co), niken (Ni), gađôli (Gd)... là các chất sắt từ điển hình.
Các chất này là các chất vốn có mômen từ nguyên tử lớn (ví dụ như sắt là 2,2 μ
B
, Gd là 7 μ
B
...) và nhờ
tương tác trao đổi giữa các mômen từ này, mà chúng định hướng song song với nhau theo từng vùng
(gọi là các đômen từ tính. Mômen từ trong mỗi vùng đó gọi là từ độ tự phát - có nghĩa là các chất sắt từ
2
Nhóm 2 – 11A1 – THPT Nguyễn Trãi
1
có từ tính nội tại ngay khi không có từ trường ngoài. Đây là các nguồn gốc cơ bản tạo nên các tính chất
của chất sắt từ
2.1. Sắt từ mềm:
• Dễ từ hóa và dễ khử từ
• Thường được dùng làm vật liệu hoạt động trong từ trường ngoài, ví dụ như lõi biến thế, lõi nam
châm điện, các lõi dẫn từ...
• Một số loại sắt từ mềm: tôn silic, hợp kim Permalloy, hợp kim FeCo, gốm ferrite MO.Fe
2
O
3
,
hợp kim vô định hình và nano tinh thể
Một số loại sắt từ mềm:

kết tinh trên nền vô định hình dư, triệt tiêu từ giảo từ tổ hợp hai pha vô định hình và tinh thể nên có
tính từ mềm cực tốt và có thể sử dụng ở tần số cao. Vật liệu từ mềm nano tinh thể thương phẩm tốt
nhất là [FINEMET] (Fe
73,5
Si
13,5
B
9
Nb
3
Cu
1
) được phát minh bởi Yoshizawa (Hitachi Metal Ltd, Nhật
Bản) năm 1988 và nhiều thế hệ khác được phát triển sau đó.
2.2. Sắt từ cứng:
• Khó khử từ và khó bị từ hóa
• Dùng để chế tạo các nam châm vĩnh cửu hoặc được sử dụng làm vật liệu ghi từ trong các ổ đĩa
cứng, các băng từ
• Một số loại sắt từ cứng: hợp kim AlNiCo, gốm ferrite (BaFe
x
O, SrFe
x
O), sắt từ cứng liên kim
loại chuyển tiếp - đất hiếm, hợp kim FePt và CoPt, nam châm tổ hợp trao đổi đàn hồi, …
Một số loại sắt từ cứng:
• Hợp kim AlNiCo: Là hợp kim được sử dụng trong nam châm vĩnh cửu, có thành phần chủ yếu là
nhôm (Al), niken và côban (Co), có thể có thêm các thành phần phụ gia như đồng (Cu), titan (Ti),...
Hợp kim này có từ dư cao, nhưng có lực kháng từ khá nhỏ (thường không vượt quá 2 kOe) và có giá
thành cao.
3

dụng làm vật liệu ghi từ trong các ổ cứng.
• Nam châm tổ hợp trao đổi đàn hồi: Loại vật liệu được bắt đầu phát triển từ những thập kỷ 90 của
thế kỷ 20, với cấu trúc tổ hợp của 2 loại vật liệu: vật liệu từ mềm cung cấp từ độ bão hòa lớn, vật
liệu từ cứng cho lực kháng từ cao, và các hạt tổ hợp ở kích thước nanomet, có liên kết trao đổi với
nhau, tạo ra tính chất tổ hợp và sẽ cho loại nam châm mới với tính từ cứng tuyệt vời, lớn hơn tất cả
các vật liệu từ cứng đã biết. Tuy nhiên, vào thời điểm hiện tại, các tính chất đạt được trong thực tế
còn thua xa dự đoán lý thuyết do chưa tạo được cấu trúc hoàn hảo như dự đoán. Loại vật liệu này
vẫn trong giai đoạn nghiên cứu phát triển.
3. Hiện tượng từ trễ
4
Nhóm 2 – 11A1 – THPT Nguyễn Trãi
1
- Từ trễ (magnetic hysteresis) là hiện tượng bất thuận nghịch giữa quá trình từ hóa và đảo từ ở các
vật liệu sắt từ do khả năng giữ lại từ tính của các vật liệu sắt từ
- Khi lõi thép bị từ hoá bởi từ trường ngoài, triệt tiêu từ trường ngoài, trong lõi thép vẫn còn tồn tại từ
trường, gọi là từ dư
- Khi lõi thép có từ dư, ta áp từ trường ngoài có chiều ngược với chiều của từ dư và độ lớn bằng B,
khi đó từ trường lõi thép bị triệt tiêu. Khi đó, B được gọi là từ trường kháng từ
- Đường cong kín hay chu trình từ trễ của một chất diễn tả sự phụ thuộc của sự từ hoá trong chất đó
vào từ trường ngoài
Hình 3. Đường cong từ trễ của chất sắt từ
Giải thích một số đại lượng trong sơ đồ:
⋅ J là tích phân trao đổi (trong tương tác trao đổi), đc x/đ bởi:
(năng luợng trao đổi đc tính bằng: , J mang giá trị dương khi các spin song
song nhau (tương tác trao đổi sắt từ) và âm khi các spin phản song song (tương tác phản sắt từ). Ψ
là hàm sóng của các điện tử)
⋅ H là cường độ từ trường, cùng phương với vectơ B trong chân không
⋅ Độ từ thẩmμ : một đại lượng vật lý đặc trưng cho tính thấm của từ trường vào một vật liệu, hay
nói lên khả năng phản ứng của vật liệu dưới tác dụng của từ trường ngoài. Nói rõ hơn thì nó là
hệ số tỉ lệ giữa cảm ứng từ bên trong vật và cường độ từ trường ngoài: